Chemie in der analogen Fotografie

Hinter der Herstellung eines Fotos steckt viel chemisches und physikalisches Know-how. Die Basis für die Entwicklung von Schwarz-Weiß- oder Farbfilmen bildet dabei die fotochemische Umwandlung von weißen Silberhalogeniden in schwarzes metallisches Silber. Der Farbfilm ist wesentlich komplexer aufgebaut als ein einfacher Schwarz-Weiß-Film. Jedoch haben beide Varianten eines gemeinsam: die Entwicklung der Negative sowie die Herstellung von Abzügen durch Redox- und Komplexierungsreaktionen.

Zurück zur analogen Fotografie

Die Bezeichnung „Fotografie“ lässt sich auf die griechischen Wörter „photo“ und „graphein“ zurückführen, was so viel bedeutet wie „Licht“ und „schreiben“. Fotografie ist also nichts anderes als ein Überbegriff für die Herstellung von Bildern auf lichtempfindlichen Flächen, wie Papier, Platten, Filmen. Hier kommt es durch elektromagnetische Strahlung (Licht) zu einer fotochemischen Reaktion auf der Filmoberfläche. Grundvoraussetzung dafür ist die Lichtempfindlichkeit von Silberhalogeniden, denn diese zerfallen durch die Zugabe von Licht (Energie) in elementares Silber und Halogen. Durch die Bildung des elementaren Silbers werden die ursprünglich weißen Silberhalogenoide schwarz.

Das Fotografieren auf Film ist gerade wieder im Trend und immer mehr Hobbyfotografen greifen auf analoge Kameras zurück. Der Vorgang des Entwickelns ist es, was die Sache spannend macht – nur wenn dieser glückt, kommen die gewünschten Werke zum Vorschein. Beim Entwickeln ist Vorsicht geboten, denn einige Chemikalien sind giftig. Es ist deshalb ratsam, Schutzhandschuhe zu tragen und für eine gute Raumbelüftung zu sorgen.

Vom Aufnahmematerial zum Negativ

Doch wie funktioniert das Ganze? Nach dem Belichten in der Kamera werden die Schwarz-Weiß-Aufnahmematerialien im Labor weiterverarbeitet, um ein Negativ herzustellen. Dazu sind folgende Schritte notwendig:

1. Entwickeln
2. Zwischenwässern
3. Fixieren
4. Schlusswässern
5. Trocknen

Zunächst muss man wissen, dass ein Negativfilm aus einer transparenten Trägerschicht – Celluloseacetat oder Polyester – besteht. Darauf wird eine feste Dispersion aus Silberhalogenidkörnern aufgetragen, die sich in einem Schutzkolloid befindet. Dieses Schutzkolloid ist nichts anderes als Gelatine, die sich als Hülle um die Silberhalogenidschicht legt.

Das latente Bild entsteht

Die Silberbromidkristalle aus der Dispersion haben sogenannte Fehlstellen. Diese entstehen dadurch, dass ein Teil der Silber-Ionen flexibel ist und die Struktur des Gitters verlassen kann. Man bezeichnet diese Ionen als Zwischengitter-Ionen. Sie können leichter angeregt werden als andere Kristall-Ionen. Absorbiert nun ein Silberbromidkristall ein Photon, entsteht ein Fotoelektron. Dieses kann sich mit einem Zwischengitter-Silberion verbinden. Das nun entstandene Silberatom lagert sich mit zusätzlichen Silberatomen zu einem vieratomigen Latentbildkeim zusammen. Die Belichtung lässt ein latentes Bild entstehen. Latent deshalb, weil es zwar faktisch besteht, aber noch nicht sichtbar ist.

Silberbromid absorbiert übrigens nur Licht mit einer Wellenlänger kleiner als 480 nm – also UV-Licht oder blaues Licht. Damit auch längerwellige Strahlung erfasst werden kann, setzt man Sensibilisatoren ein. Das sind Farbstoffmoleküle, die Strahlung über 480 nm absorbieren. Die Lichtenergie versetzt sie in einen angeregten Zustand und reichert sie für kurze Zeit mit Energie an. Der Überschuss an Energie wird auf andere Moleküle oder Atome übertragen. Allerdings nur, wenn die benötigte Anregungsenergie des Akzeptors (Molekül oder Atom) kleiner ist als die Energie des angeregten Donators.

Das Fixierbad mit Natriumthiosulfat

Im nächsten Schritt wird das latente Bild auf dem Film durch chemische Behandlung sichtbar gemacht, also entwickelt. Die Abbildung, die nun entsteht, wird als Negativ bezeichnet, denn Negative zeigen die Helligkeitswerte des Objekts in umgekehrter Reihenfolge. Für die Entwicklung ist eine alkalische Lösung eines Reduktionsmittels notwendig, beispielsweise Hydrochinon. Diese reduziert die Silber-Ionen in der Umgebung der Silberkeime zu elementarem Silber.
An Stellen mit vielen Silberkeimen, also an den höher belichteten Stellen, entsteht eine katalytische Verstärkung der Reduktion. Je stärker diese Stellen belichtet wurden, desto stärker werden diese Stellen geschwärzt. Das Negativ-Bild entsteht.

Wichtig ist es nun, den Entwickler gut abzuspülen und das Bild zu fixieren, denn andernfalls schwärzt sich das Negativ durch Lichteinfall weiter. Das leicht saure Fixierbad löst übrige Silberhalogenidreste und stabilisiert die Silberatome. Für das Fixierbad kommt in den meisten Fällen Natriumthiosulfat oder Ammoniumthiosulfat zum Einsatz. Natriumthiosulfat reagiert mit dem übrigen Silberhalogenid. So entsteht ein Komplex aus Silber, Thiosulfat und ein Natriumhalogenid. Die entstandenen Verbindungen lassen sich gut auswaschen. Jetzt ist gutes Wässern angesagt, denn andernfalls würde das Fixiermittel auf Dauer das Negativ angreifen. Danach gibt man das Negativ in ein Reinigungsbad, um unschöne Wasserflecken zu vermeiden.

Ein Negativ – mehrere Abzüge

Als nächstes folgt die Trocknung. Das in den Schichten enthaltene Wasser verdunstet im Normalfall an der Luft bei einer Raumtemperatur über 20 Grad. Der Trocknungsvorgang nimmt mehrere Stunden in Anspruch. Die Filme werden mit Klammern an beiden Enden zum Trocknen versehen, damit sie sich nicht aufrollen oder mit anderen Filmen verkleben. Den Trocknungsvorgang durch Alkohol, Spiritus oder Kaliumcarbonat zu beschleunigen ist nicht empfehlenswert, da dies die Haltbarkeit der Filme stark reduzieren würde.
Aus dem vorhandenen Negativ lassen sich nun fertige Positive entwickeln, indem man das Negativ auf Fotopapier projiziert. Gut zu wissen ist: Aus jedem Negativ können mehrere Abzüge entstehen.
Farbfilme sind in ihrer ganzen Zusammensetzung komplexer aufgebaut als Schwarz-Weiß-Filme. Sie setzen sich aus mehreren Schichten zusammen – abwechselnd lichtempfindliche Schichten und Filterschichten. Farbempfindliche Schichten enthalten eine Dispersion aus Silberbromidkristallen, an die ein Sensibilisator durch Adsorption gebunden ist. Sie enthalten ebenfalls einen Farbkuppler, der nach dem Entwicklungsprozess die belichteten Stellen Cyan, Magenta oder Gelb färbt.

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