Demonstrationsvorträge in Anorganischer Chemie für Studierende des Lehramtes an Gymnasien. Der Photographische Prozess

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1 Universität Regensburg Naturwissenschaftliche Fakultät IV Institut für Anorganische Chemie - Lehrstuhl Prof. Dr. A. Pfitzner Dozentin: Dr. M. Andratschke Demonstrationsvorträge in Anorganischer Chemie für Studierende des Lehramtes an Gymnasien Der Photographische Prozess Sommersemester 2011 Referentinnen: Tanja Schwingshärl Christina Deinhard Geschichtlicher Abriss Die Bezeichnung Photographie leitet sich aus dem altgriechischen photos (= Licht) und graphein (= Zeichnen) ab und bedeutet damit nichts anderes als: mit Licht zeichnen. [1] Schon im 18. Jahrhundert kannte der Physiker Johann Heinrich Schulze die Färbung chemischer Substanzen durch Sonnenlicht. Der Chemiker Carl Wilhelm Scheele experimentierte nur kurze Zeit später mit Silbersalzen, wobei er entdeckte, dass die Schwärzung durch metallisches Silber verursacht wurde. [3] Abb: Die erste bekannte Fotografie. [1, 2] Letztendlich wurde die erste Fotografie 1826 durch Joseph Nicéphore Nièpce im Heliografie-Verfahren angefertigt. (siehe Abb.) Ein verbessertes, weniger zeitaufwändiges Verfahren entwickelte sein Kollege Louis Jacques Mandé Daguerre. [1] Nachfolgende Versuche sollen zeigen, welche Schritte bei der Herstellung eines Schwarz- Weiß-Fotos von besonderer Bedeutung sind. 1

2 2. Versuche Versuch 1: Die Lichtempfindlichkeit von Silbernitrat Prozess beim Belichten Geräte: Filterpapier, 3 Petrischalen, 2 Pipetten, Pappschablone, Föhn, starke Lampe Chemikalien: Silbernitratlösung (AgNO 3 ), Natriumchloridlösung (NaCl) Durchführung: Ein Filterpapier wird in einer Petrischale zuerst mit einer Pipette voll Natriumchloridlösung, dann mit einer Pipette voll Silbernitratlösung, getränkt. Zwischen den beiden Schritten wird das getränkte Filterpapier trocken geföhnt. Anschließend legt man eine Schablone auf und bedeckt sie beidseitig mit je einer Petrischale. Dann belichtet man das Ganze mit der Lampe. Beobachtung: Schwarz- bzw. Dunkelviolettfärbung der von der Schablone nicht bedeckten Filterpapierstellen. Die abgedeckten Stellen bleiben weiß. Bei der Reaktion von Natriumchlorid mit Silbernitrat entsteht weißes Silberchlorid: NaCl + AgNO 3 AgCl + NaNO 3 Bei der Belichtung des Papiers entsteht Silber. Hierbei werden durch die Lichtenergie die Elektronen des Chlorids angeregt und auf das Silberion übertragen: hv + 2 Cl - Cl e - ; 2 Ag + + 2e - 2 Ag Die durch die Elektronenaufnahme aufgeladenen Silberkeime (Ansammlungen von einigen Silberatomen) ziehen wiederum Ag + -Ionen zu sich, welche wieder entladen werden können. Auf diese Weise entstehen Ag-Atomaggregate, sogenannte Latentbildkeime. [4, 5] Versuch 2: Reduktion der Silberionen durch Hydrochinon - Die Entwicklung Zur Entwicklung des latenten Bildes wird die lichtempfindliche Schicht nun bei Rotlicht wie folgt behandelt: Geräte: 1 Reagenzglas, Reagenzglasstopfen, 3 Pipetten, Spatel Chemikalien: Silbernitrat (AgNO 3 ), Kaliumbromidlösung (KBr), Natronlauge (c(naoh) = 1 mol/l), Hydrochinon (1,4-Dihydroxybenzol) 2

3 Durchführung: Je drei Pipetten voll Silbernitrat und Kaliumbromidlösung werden in ein Reagenzglas gegeben. Anschließend tropft man einige (ca. 10) Tropfen Natronlauge zu und gibt eine Spatelspitze voll Hydrochinon ins Reagenzglas. Anschließend verschließt man das Reagenzglas mit einem Stopfen und schüttelt kräftig. Beobachtung: Nach der Zugabe von Kaliumbromid zum Silbernitrat entsteht ein hellgelber Niederschlag. Gibt man Hydrochinon zu, färbt sich der Niederschlag dunkelgrün bis schwarz. Bei der Reaktion von Kaliumbromid mit Silbernitrat entsteht gelbes Silberbromid: Br - + Ag + AgBr Der organische Entwickler Hydrochinon wird durch die Silberionen im alkalischen Milieu zu p-benzochinon oxidiert: 2 OH - Bei der hier ablaufenden Redoxreaktion werden die Silberkationen zu elementarem Silber reduziert: 2 OH - Die Reduktion durch das Hydrochinon setzt hierbei nur von Stellen aus ein, an denen sich Silberkeime befinden. Die Schwärzung erfolgt also an stark belichteten, Silberkeim-reicheren Stellen rascher und früher, als an schwächer belichteten, Silberkeim-armen. [4-6] Versuch 3: Silberbromid wird durch Natriumthiosulfat löslich Der Fixiervorgang Dieses durch die Entwicklung gewonnene, sichtbare Bild kann noch nicht ins Licht gebracht werden, da es noch unverändertes Silberbromid enthält, welches zur Schwarzfärbung des ganzen Bildes führen kann. 3

4 Geräte: 1 Reagenzglas, 2 Pipetten, Spatel Chemikalien: Silbernitrat (AgNO 3 ), Kaliumbromidlösung (KBr), Natriumthiosulfat (Na 2 S 2 O 3 ) Durchführung: 3 Pipetten voll Silbernitrat und 2 Pipetten voll Kaliumbromidlösung werden in ein Reagenzglas gegeben. Anschließend werden 2 Spatelspitzen voll Natriumthiosulfat zugefügt. Beobachtung: Nach der Zugabe von Kaliumbromid zu Silbernitrat entsteht ein hellgelber Niederschlag. Gibt man Natriumthiosulfat zu, löst sich der Niederschlag auf. Bei der Reaktion von Kaliumbromid mit Silbernitrat entsteht gelbes Silberbromid (siehe Versuch 2). Die Thiolsulfationen komplexieren die Silberkationen. Der so gebildete Dithiosulfatoargentat(I)-Komplex ist wasserlöslich: AgBr + 2 Na 2 S 2 O 3 Na 3 [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] + NaBr Dieser Vorgang wird als Fixieren bezeichnet, weil dadurch das Bild haltbar gemacht wird. [4-6] Warum vergilben alte Fotos? Häufig verfärben sich Fotos nach einer gewissen Zeit aufgrund der Veränderung von Fixiersalzlösungsrückständen. Durch Disproportionierung der Thiosulfationen entstehen Hydrogensulfit und Schwefel, welcher die Gelbfärbung des Fotos verursacht: S 2 O 3 ² - + H + HSO S Verhindert wird dies, indem das Foto am Ende in ein Schlusswässerungsbad gelegt wird. Somit werden die Reste der Fixierlösung abgewaschen. [7] 3. Lehrplanbezug und didaktische Bedeutung Nach dem gültigen G8 - Lehrplan des Kultusministeriums für das Gymnasium kann das Thema des photographischen Prozesses in mehreren Kontexten aufgegriffen werden. Im Unterricht wären die Redoxreaktionen beim Belichten und Entwickeln unter dem Thema Redoxreaktionen in der 9. Jahrgangstufe des naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums (9.5) bzw. in der 10. des sprachlichen, musischen und wirtschafts- und sozialwissenschaftlich Gymnasiums (10.3) einzuordnen. [8, 9] 4

5 In der Jahrgangstufe 8 des naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums (8.3) bzw. 9 des sprachlichen, musischen und wirtschafts- und sozialwissenschaftlich Gymnasiums (9.3) kann außerdem bei dem Themenbereich Metalle und Metalleigenschaften in sehr vereinfachter Form das Silber und seine Eigenschaften im photographischen Prozess angesprochen werden. [10, 11] Durch die praktische Vorführung werden die Reaktionen visuell dargestellt und helfen dem Schüler diese zu verinnerlichen. Außerdem werden bei den Versuchen die Unterrichtsprinzipien Motivation, Lebensnähe und Anschaulichkeit aufgegriffen. 4. Quellen [1] (letzte Einsichtnahme: ) [2] Joseph_Nic%C3%A9phore_Ni%C3%A9pce.jpg&filetimestamp= (letzte Einsichtnahme: ) [3] Fotografie (letzte Einsichtnahme: ) [4] J. Reiss: Alltagschemie im Unterricht, 6. Auflage, Aulis-Verlag Deubner & Co KG, Köln, 2002, S [5] A. F. Holleman, E. und N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, Walter de Gruyter-Verlag, Berlin, 2007, S [6] K. - W. Junge und G. Hübner: Fotographische Chemie, 3., verbesserte Auflage, VEB Fotokinoverlag, Leipzig, 1979, S , S [7] H. Keune, W. Filbry: Chemische Schulexperimente (Band 2 Anorganische Chemie, erster Teil ), Verlag Harri Deutsch Thun Frankfurt/M, 1978, S [8] (letzte Einsichtnahme: ) [9] (letzte Einsichtnahme: ) [10] (letzte Einsichtnahme: ) [11] (letzte Einsichtnahme: ) 5