Trockeneis

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Als Trockeneis wird festes Kohlenstoffdioxid (auch Kohlendioxid, CO₂) bezeichnet, da es bei −78,48°C^[1] sublimiert, also direkt in die Gasphase übergeht, ohne vorher zu schmelzen.

Auf der Erde kommt Trockeneis nicht natürlich vor, in der CO₂-reichen Atmosphäre des Mars friert es jedoch im Winter in höheren Breiten aus und bildet die bekannten Polkappen. Auch einige Meteoroiden enthalten größere Mengen davon.

Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Herstellung 3 Verwendung 4 Gefahren 5 Weblinks 6 Quellen

[Bearbeiten] Eigenschaften

Trockeneis ist ein weißer, eisähnlicher und geruchloser Feststoff. Bei Normaldruck sublimiert Trockeneis bei −78,48 Grad Celsius (194,67 Kelvin).^[1] Da der Tripelpunkt von Kohlendioxid bei T_triple = 216,58 K (-56,57°C) und p_triple= 5,185 bar liegt^[2][3], kann Kohlendioxid erst oberhalb von 5,185 bar schmelzen. Die Dichte beträgt ungefähr 1,56 g/cm³, damit ist es schwerer als Wasser.

[Bearbeiten] Herstellung

Trockeneis wird hergestellt, indem unter Druck verflüssigtes Kohlenstoffdioxid entspannt wird. Ein Teil des Kohlenstoffdioxids verdampft dabei und kühlt den Rest durch Verdunstungskälte so weit ab, dass er als sogenannter Kohlensäureschnee gefriert. Dieser wird dann, je nach Anwendung, in gewünschte Form gepresst.

Kleine Mengen Trockeneis können erzeugt werden, indem man eine CO₂-Flasche auf den Kopf stellt und aufdreht. Das auslaufende flüssige CO₂ verdampft zum größten Teil sofort, und kühlt dadurch so stark ab, dass ein Teil als CO₂-Schnee gefriert. Nach diesem Prinzip funktionieren auch CO₂-Löscher.

[Bearbeiten] Verwendung

Trockeneis wird überwiegend als Kühlmittel verwendet.

• In der chemischen Synthese zur Kühlung von Reaktionsgemischen, meist als Kältemischung in Verbindung mit einem Lösungsmittel für effizienteren Wärmeaustausch; oder als Quelle für CO₂ als Synthesebaustein
• In der Lebensmittelindustrie wird Trockeneis zur Kühlung verwendet.
• Als feines Granulat kann Trockeneis zur Reinigung verwendet werden. Dabei werden die Körnchen mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Fläche geblasen. Verschmutzungen (Fette, Trennmittel, Beschichtungen) werden durch die Kälte hart und spröde und platzen ab. Man unterscheidet hierbei das Trockeneisstrahlen und das CO₂-Schneestrahlen.
• In der Veranstaltungs- und Bühnentechnik werden Bodennebeleffekte heute selten durch Trockeneis erzeugt, auf das heißes Wasser gegossen wird. Siehe: Nebelmaschine. Vermehrt kommen hierbei Nebelfluide zum Einsatz.
• Weil unter Wasser befindliches Trockeneis optisch den Eindruck sprudelnd kochenden Wassers erzeugt, wird es in der Filmtechnik gelegentlich dazu verwendet. Von echtem kochendem Wasser unterscheidet sich der Vorgang durch mit Nebel und CO₂ gefüllte Wasserblasen.
• Im Motorsport wird Trockeneis zur Kühlung der Motoren verwendet. Vor dem Rennen werden Ventilatoren mit Trockeneis montiert. Wenn das gefrorene Kohlenstoffdioxid in den Motorraum gelangt, ist es ungefährlich für die Maschine, da Trockeneis sublimiert.
• In Kältemischungen zum Kühlen bis −90 °C
• In Restaurants und Hotels zur Verlangsamung des Abschmelzens von Eisskulpturen
• In der Medizin zum Vereisen von Warzen
• In der Bienenzucht wird es zum Betäuben von Bienen, insbesondere von Weiseln (Bienenköniginnen) während der instrumentellen Besamung benutzt.
• Im Maschinenbau, z. B. beim Fügen von Hartmetallhülsen auf Stahlwellen, da der Stahl bei niedriger Temperatur stärker schrumpft als Hartmetall. Bei Raumtemperatur bildet sich eine Pressung der beiden Komponenten, die vorher bei z. B. 20 °C festgelegt wird.
• Bei der Überwachung blutsaugender Insekten und Vektoren, die Kohlendioxid in ihrer Wirtsfindung verwenden (z. B. Stechmücken). Das Kohlendioxid wird hierbei aus isolierten Behältern mit Trockeneis freigesetzt und lockt die Insekten in die Nähe der Einsaugöffnungen spezieller Fallen.

[Bearbeiten] Gefahren

Beim Umgang mit Trockeneis sollten Handschuhe und Schutzbrille getragen werden. Bei versehentlichem Hautkontakt sublimiert es zwar an seiner Oberfläche, und bildet eine dünne schützende Gasschicht, die den direkten Kontakt zur Haut verhindert. Bekommt Trockeneis trotzdem über mehrere Sekunden einen festen Kontakt zur Haut, wird die Sublimierung unterbrochen und das Eis bleibt, ähnlich wie beim Anfassen tiefkalter Metallgegenstände, an der Haut kleben. Um langzeitige Schädigungen der Haut und den darunter liegenden Gewebeschichten zu verhindern, muss es augenblicklich entfernt (abgerissen) werden, da es sonst zur einer Kälteverbrennung kommt, bei der das Gewebe in wenigen Sekunden abstirbt. Eine solche Schädigung nimmt keine Rücksicht auf Gewebeschichten und breitet sich als Kegel nach innen bis auf die Muskeln aus. Dieser Vorgang wird bei der Behandlung von Warzen medizinisch genutzt, wobei die aufgebrachten Mengen jedoch so gering sind, dass lediglich die obersten Hautschichten absterben.

Bei der Aufbewahrung in geschlossenen Räumen verdrängt das entstehende Kohlenstoffdioxidgas aufgrund seiner höheren Dichte die Luft am Boden. In Konzentrationen oberhalb von 5 % wirkt es auch bei noch ausreichendem Sauerstoffgehalt der Atemluft erstickend. In geschlossenen Behältern kann sich ein gefährlicher Gasdruck aufbauen (siehe Filme bei den Weblinks).

Handelsübliches Trockeneis enthält unter Umständen gesundheitsschädliche Stabilisatoren und Hilfsstoffe, und darf daher nicht zum Kühlen von Nahrungsmitteln (Getränken) verwendet werden. Das Verschlucken von Trockeneis ist lebensgefährlich.

[Bearbeiten] Weblinks

• Versuche mit Trockeneis
• PDF Sicherheitsdatenblatt Deutsch (Air Liquide) (111 kB)
• PDF Sicherheitsdatenblatt Deutsch (Linde Gas)

[Bearbeiten] Quellen

1. ↑ ^{a b} A.F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 91.-100. Auflage, Walter de Gruyter berlin New York 1985, ISBN 3-11-007511-3
2. ↑ Angus, S.; Armstrong, B.; de Reuck, K.M., International Thermodynamic Tables of the Fluid State - 3 Carbon Dioxide, Pergamon, New York, 1976.
3. ↑ Marsh, K.N.,Recommended Reference Materials for the Realization of Physicochemical Properties, Blackwell Sci. Pub., Oxford, 1987.