Kohlenstoffdioxid (CO₂) - kurz: Kohlendioxid

Kohlenstoffdioxid oder kurz Kohlendioxid (veraltet: Kohlendioxyd) ist ist eine chemische Verbindung von Kohlenstoff und Sauerstoff. Die Summenformell lautet CO₂ (ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoff-Atome). Kohlenstoffdioxid ist ein farbloses und (in geringer Konzentration) geruchsloses Gas. Die uns umgebende Luft enthält etwa 0,4 Prozent CO₂ - zum Vergleich: Sauerstoff-Anteil ca. 21 Prozent, Stickstoff: ca. 70 Prozent.

Kohlenstoffdioxid entsteht vorrangig bei einer Verbrennung unter Einfluss von Sauerstoff (Oxidation). Einfachstes Beispiel ist ein Stück Holz im Kamin. Der im Holz vorhandene Kohlenstoff reagiert mit dem Sauerstoff. Dabei wird (Wärme-)Energie freigesetzt. Als "Abfallprofdukt" entsteht Kohlenstoffdioxid.

Im Prinzip verhält es sich im menschlichen Organismus genauso. Man nennt das dann "Atmung". Der Sauerstoff wird über die Lunge eingeatmet und dann von den Erythrozyten (rote Blutkörperchen) aufgenommen.

Atmung: Sauerstoff wird zu Energie und CO₂

Sauerstoff wird über Nase und Mund eingeatmet. So gelangt er in die Lunge bzw. in die Lungenbläschen. Dort findet ein Austausch mit dem Blut statt. Im Blut befinden sich die roten Blutkörperchen (Erythrozyten). Diese wiederum bestehen zum größten Teil aus Hämoglobin, einer vierteiligen Proteinkette. Im Zentrum des Hämoglobins befindet sich Eisen - und ein Eisenatom hat auf seiner äßueren Hülle zwei überschüssige Elektronen. Folglich verbinden sich Sauerstoff und Eisen sehr gut.

Der Sauerstoff lagert sich an die Eisen-Ionen im Hämoglobin. Dank des ständig pumpenden Herzens wird das Blut ununterbrochen durch das weit verzweigte System der Blutgefäße gepumpt. Fast alle Körperzellen bzw. alle Körpergewebe und Organe werden von den Blutbahnen erreicht. So gelangt der Sauerstoff in die Zellen.

Wenn er dort mithilfe von Enzymen abgelöst wird, kann sich ein Abfallprodukt der Atmung anlagern: Kohlendioxyd. Das fließt dann in den Erythrozyten wieder zurück zur Lunge, wo es wiederum an die Lungenbläschen abgegeben wird und somit wieder ausgeatmet werden kann.

Blutkreislauf: Versorgung der Organe

Der Blutkreislauf, oder auch kurz: Kreislauf, ist ein Transportsystem innerhalb des Organismus, in dem Blut fließt (Strömungssystem). Dieser Kreislauf ist für die Versorgung der einzelnen Zellen und Organe von fundamentaler Bedeutung. Das flüssige Blut wird dabei vom Herz ausgehend durch die Blutgefäße (Blutbahnen, Adern und Venen) gepumpt. In der medizinischen Fachsprache bezeichnet man diesen Vorgang als Zirkulation. Das Blut strömt also vom Herzen aus in alle Bereiche des Körpers und anschließend wieder zurück - man spricht daher von einem Kreislauf.

Der Blutkreislauf erfüllt dabei mehrere Transport-Funktionen:

• Sauerstoff (Energie): von der Lunge zu den Zellen (Erythrozyten)
• Kohlendioxyd: von den Zellen zur Lunge
• Nährstoffe: aus dem Verdauungstrakt zu den Organen/Zellen
• Abfallprodukte des Stoffwechsels: aus den Zellen zu den Ausscheidungsorganen
• Botenstoffe (Hormone) aus dem Gehirn zu den Organen
• Abwehrstoffe zum Schutz vor Krankheitserregern (v.a. Leukozyten)
• Abwehrzellen zum Schutz der Blutgefäße (Blutgerinnung, Thrombozyten)

Die Hauptfunktion des Blutkreislaufs ist demzufolge, dass das Blut reibungslos durch den gesamten Organismus fließen kann.

Darüber hinaus dient der Blutkreislauf bei Warmblütern auch der Thermo-Regulierung. Er sorgt dafür, dass die Körpertemperatur weitgehend stabil bleibt. Dabei spielt die Durchblutung der Haut eine besondere Rolle: je stärker sie durchblutet ist, um so mehr Wärme wird nach außen abgegeben.

Kohlenstoff als Treibhausgas: globale Erwärmung

Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffzyklus und ein natürlicher Bestandteil der Luft. In diesem Zusammenhang ist CO₂ ein wichtiges Treibhausgas in der Erdatmosphäre: Durch menschliche Aktivitäten, allen voran die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg der Anteil in der Erdatmosphäre von ca. 280 parts per million (ppm, Teile pro Million) zu Beginn der Industrialisierung auf ca. 400 ppm im Jahr 2015 an, Tendenz weiter steigend. Dieser Anstieg bewirkt eine Verstärkung des Treibhauseffektes, die wiederum die Ursache für die aktuelle globale Erwärmung ist.

Ressourcen / Weiterlesen

• Taschenbuch der Physik, von Horst Kuchling, Hanser Verlag (Amazon *)
• CO2-Messgerät mit Datenlogger, von TFA Dostmann, Air-Controll (Amazon *)
• Wikipedia: Kohlenstoffdioxyd
• Zum Blutwerte-Wiki

Hinweise für Schüler*innen: Ihr dürft die Grafiken dieser Website gerne im Unterricht verwenden, zum Beispiel für Referate. Viel Erfolg dabei!

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