Trockeneis

  Trockeneis ist die gemeinsprachliche Bezeichnung für festes Kohlenstoffdioxid (auch Kohlendioxid, CO₂), das dem Wassereis ähnlich sieht, aber wesentlich kälter ist und andere Eigenschaften hat. Es ist im Weltall verbreitet und ein Grundstoff von Meteoriten sowie planetaren Vereisungsflächen. Auf der Erde kommt Trockeneis nicht natürlich vor, sondern wird künstlich hergestellt.

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Trockeneis wird überwiegend als Kühlmittel eingesetzt, und es lässt sich auch für verschiedene andere Zwecke nutzen, insbesondere zur Erzeugung von Nebel.

Eigenschaften

Unter irdischen Druckverhältnissen wird/ist Trockeneis nicht wärmer als -78,4 Grad Celsius, die Dichte beträgt ungefähr 1,56 g/cm³. Trockeneis ist weiß und geruchlos. Atmet man die entstehenden Dämpfe ein, so „kribbelt“ es , da sich bei Kontakt mit dem Wasser der Schleimhäute Kohlensäure bildet.

Unter einem Luftdruck von ca. 1013 mbar (1 Atmosphäre) schmilzt Trockeneis nicht, sondern geht direkt in gasförmiges Kohlenstoffdioxid über (Sublimation).

Trockeneis wird hergestellt, indem gasförmiges Kohlenstoffdioxid zunächst unter Druck verflüssigt wird. Danach wird das flüssige Kohlenstoffdioxid sehr schnell entspannt. Ein Teil des Kohlenstoffdioxids verdampft und kühlt den Rest durch Verdunstungskälte so weit ab, dass er gefriert und der so genannte Kohlensäureschnee entsteht. Dieser wird dann, je nach Anwendung, in gewünschte Form gepresst.

Kleine Mengen Trockeneis können auch erzeugt werden, indem man aus einer CO₂-Flasche das CO₂ schnell entweichen lässt und üblicherweise in einem Stoffsäckchen auffängt. Die Gasflasche (z. B. eine volle CO₂-Flasche für Sprudelmaschinen aus dem Lebensmittelhandel) sollte man umdrehen, damit das flüssige CO₂ nach unten entweicht. Der größte Teil davon verdampft sofort, durch die so entstehende Verdunstungskälte wird aber ein Teil des CO₂ hinreichend gekühlt, um zu Trockeneis zu werden.

Verwendung

• 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, oft in Form großer Blöcke
• 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 CO₂-gefüllte Wasserblasen sowie in einem von Wasserdampf abweichendem Flussverhalten.
• 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 das 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
• 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.

Gefahren

Trockeneis ist im Vergleich zu anderen tieftemperaturigen Stoffen relativ ungefährlich zu handhaben, da es fest ist und nicht unkontrolliert irgendwo hinfließen kann. Zudem sublimiert es und bildet eine dünne schützende Gasschicht an seiner Oberfläche, die den direkten Kontakt zur Haut verhindert. Es kann aber bei unsachgemäßer Handhabung Unfälle verursachen. Beim Umgang mit Trockeneis werden Handschuhe und insbesondere beim Zerkleinern eine Schutzbrille dringend empfohlen. Bekommt Trockeneis dennoch über mehrere Sekunden einen festen Kontakt zur Haut, stoppt die Sublimierung und das Eis bleibt daran kleben. Um eine dauerhafte Schädigung der Haut und darunter liegender Gewebeschichten zu verhindern, muss es augenblicklich entfernt (abgerissen) werden, sonst kommt es zur so genannten Kälteverbrennung, bei der das Gewebe binnen 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 hohen Konzentrationen kann es erstickend wirken, Symptome sind Verlust der Bewegungsfähigkeit und des Bewusstseins, die Person bemerkt dabei das Ersticken nicht. In geschlossenen Behältern kann sich ein gefährlicher Gasdruck aufbauen (siehe Filme bei den Weblinks).

Trockeneis darf nicht zur Kühlung in Getränken verwendet werden, die dabei Nebel abgeben und dampfen. In Deutschland hergestelltes Trockeneis enthält unter Umständen gesundheitsschädliche Stabilisatoren und Hilfsstoffe, die in den Getränken zurück bleiben. Das Verschlucken von Trockeneis ist lebensgefährlich.