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Friedrich Wilhelm Ostwald Friedrich Wilhelm Ostwald Wi h ftl Lh Wissenschaftler Lehrer Wissenschaftsorganisator – wissenschaftlicher Schriftsteller wissenschaftlicher Schriftsteller W. Oehme, Universität Leipzig, am 8 September 2011 in Großbothen am 8. September 2011 in Großbothen

Friedrich Wilhelm OstwaldFriedrich Wilhelm Ostwald...Ostwald-Koordinaten Farbkennzeichnung • Farbkreis mit 24 Farben: Farbnummern 1 bis 24 • Grauleiter mit 8 Grauwerten: Buchstabencode

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Friedrich Wilhelm OstwaldFriedrich Wilhelm Ostwald

Wi h ftl L hWissenschaftler – Lehrer –Wissenschaftsorganisator –

wissenschaftlicher Schriftstellerwissenschaftlicher Schriftsteller

W. Oehme, Universität Leipzig,am 8 September 2011 in Großbothenam 8. September 2011 in Großbothen

I h ltInhalt

• Lebensdaten• Landsitz Energie“Landsitz „Energie• Wissenschaftlicher Gerätebau• Ostwaldsche Gesetze• Ostwaldsche Gesetze• Katalyse• Energetik• Energetik• Farbenlehre

Ausgewählte LebensdatengWilhelm Ostwald (1853 – 1932)

2.9.1853 in Riga geboren1872 – 1875 Chemie-Studium an Universität Dorpat1878 Promotion1882 Ordentlicher Professor für Chemie am Polytechnikum Riga1887 Ordentliche Professur für Physikalische Chemie in Leipzig1887 Ordentliche Professur für Physikalische Chemie in Leipzig 1906 Rückzug nach Großbothen1909 Nobelpreis für Chemie (chemische Reaktionen, Katalyse)

Ausgewählte Aktivitäten: Präsident des WeltsprachbundesVorsitzender der Bunsen-GesellschaftPräsident des Institutes „Brücke“FarbenforschungUmfangreiche Publikationstätigkeit

4.4.1932 in Leipzig gestorben

Wasserversorgung auf dem Landsitz „Energie“

dann WindturbineOstwalds Lösungen

... dann Windturbine.

Rotordurchmesser 5 mStatt Pumpe am Haus zunächst Göpel ...

Achshöhe 16 m

Zeichnung: Gretel Brauer 3.7.2001

Beleuchtung auf dem Landsitz „Energie“

... ab 1923 Elektrogenerator mit Speicherakkus.

Ostwalds Lösungen

• Generator, getrieben von einem Zweitakt-Benzinmotor

Gas-Luft-Gemischg

• Zwei Akku-Batterien für jeweils 60 V, die wechselweise betrieben wurden

• 60V-Kohlefadenbirnen

Flügelrad inLeichtbenzinLeichtbenzin

BlechtrommelSkizzen: Georg Brauer, 11.3.1978

1927 Anschluss ans 220V-Ortsnetz

Zunächst Selbstherstellung von Leuchtgas ...

g ,

Wissenschaftlicher Gerätebau

KapillarviskosimeterPyknometer KapillarviskosimeterPyknometer

Thermostat zur Regelung eines Gasbrenners

Ostwaldsche Gesetze

• Verdünnungsgesetz für schwache Elektrolyte

0

2)

1)(()( c

KAcAcKcKc ⋅

−=⋅=

−+

αα

c0 – Einwaagekonzentration

(z.B. Essigsäure)

000

2

)(cK

c

cc ⋅

Λ⋅Λ−ΛΛ=

Kc – Dissoziationskonstanteα - DissoziationsgradΛ - Äquivalentleitfähigkeit

Aufbereitung für Leitfähigkeitsmessungen

Wächst die Einwaagekonzentration so verringert sich der Dissoziationsgrad

• Ostwaldsche Reifung

Wächst die Einwaagekonzentration, so verringert sich der Dissoziationsgrad.

gDie Großen fressen die Kleinen!Bierschaum-ExperimentBierschaum Experiment

KatalyseKatalyse

• Ammoniak-Oxidation zu Salpetersäure4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g), ΔH0=-906,11 kJ/mol600 - 700°C

3(g) 2(g) (g) 2 (g) 0Pt/Pt-Rh

Beim Abkühlen reagiert das Stickstoffmonoxid mit dem überschüssigen Sauerstoff zu Stickstoffdioxid und dann in Rieseltürmen mit Wasser zu etwa 60% Salpetersäure.

• Brennstoffzelle

p

• Brennstoffzelle

H2 2 H+ + 2 e- ½ O2 + 2e- O2-

2 H2 + O2 2 H2O + ΔH

heute: Nafion-Membran mit Palladium-Beschichtung

Brennstoffzelle

Wilhelm Ostwald (1853-1932)weist 1894 nach dass die Effizienz der Brennstoffzelleweist 1894 nach, dass die Effizienz der Brennstoffzelle

nicht durch den Carnot-Wirkungsgrad begrenzt ist.

Wirkungsgrad einer KOH-BrennstoffzelleWirkungsgrad einer KOH Brennstoffzelle

Gesamtreaktion Reaktion an Anode

2 H2 + O2 2 H2O + ΔH H2 2 H+ + 2 e-

Gesamtreaktion Reaktion an Anode

%830⋅⋅− UFneElektronenanzahl: ne- = 2 molFaraday-Konstante: F = 96485 As/mol%830 =

Δ=

He

BZη Faraday Konstante: F 96485 As/molcharakt. Spannung: U0 = 1,23 VReaktionsenthalpie: ΔH = 286 kJ

EnergetikEnergetik

• „Vergeude keine Energie, verwerte sie!“• Buch „Die Mühle des Lebens“ und Sonnenenergie (1911)

R ibl B t ff ll• Reversible Brennstoffzelle

Exp.: Reversible BrennstoffzelleSolar-Wasserstoff-Technik

Solar-Wasserstoff-Technik 1Solar Wasserstoff Technik 1

Elektrolyseur BrennstoffzelleElektrolyseur Brennstoffzelle

Solar-Wasserstoff-Technik 2Solar-Wasserstoff-Technik 2

Abbildung aus Lehrmaterial Heliocentris

Wilhelm Ostwalds Farbenlehre- von der Grauleiter zum empfindungsgemäßen

Farbkörper

Zitat aus einen Brief an Svante Arrhenius (1919):( )

Ich habe inzwischen die Farbenlehre von Grund aus neu erarbeitet und bin jetzt so weit in der quantitativ begründeten Chromatik gelangt, daß ich auch das alte Problem der Harmonie der Farben grundsätzlich gelöst habe.

Ich habe ungefähr fünf Jahre unausgesetzt und mit aller Anspannung an dieser Sache gearbeitet und glaube, es ist das beste geworden, was ich in meinem Leben gemacht h bhabe.

Newtons Farbexperimente Isaac Newton(1643 – 1727)

Newtons Farbexperimente und ihre Bedeutung

Drei berühmte Grundexperimente• Zerlegung weißen Lichts

Wi d i i• Wiedervereinigung • keine weitere Zerlegbarkeit

Spektrum und Farbkreis

7 Farben – 7 Töne

Additive und subtraktive Farbmischung

blauviolett

Komplementärfarben

blauviolett

gelb weiß

Körperfarben

weißes Lichtund

grünes Licht

Zwischengedanken: Drei und VierfarbentheorieZwischengedanken: Drei- und VierfarbentheorieNeuFr

Thomas Young (1773 – 1829)3 Farbzentren des Auges 1F

r

Hermann Graßmann (1809 – 1877)4 Farbgesetze

2Fr

4 Farbgesetze

James C. Maxwell (1831 – 1879)Farbdreieck

H L F H h lt (1821 1894)Hermann L. F. v. Hermholtz (1821 – 1894)Helmholtz-Koordinaten: Farbton, Sättigung, Helligkeitg

Farbmischer nach H v HelmholtzFarbmischer nach H. v. Helmholtz

Farbe F

r*R+g*G+b*B=F

Farbmischung

Problem: uneigentliche Farbmischung

Hilfsmittel: CIE-Diagramm mit Spektralzug

Spektralzug

nichtmischbar

mischbarmischbar

FarbeMischung

- r*R+g*G+b*B=FPurpurlinie

Ausweg: CIE-Koordinaten X Y Z

Wilhelm Ostwalds Leipziger UmfeldWilhelm Ostwalds Leipziger Umfeld

Wilhelm Ostwald (1853 – 1932)

Ernst Heinrich Weber

(1853 – 1932)

Gustav Theodor Fechner

Ernst Heinrich Weber (1795 – 1878)

E ld H i (1834 1918)

(1801 – 1887)

W b F h G t Ewald Hering (1834 – 1918)studierte in Leipzig bei Weber und Fechner1895 Carl Ludwigs Nachfolger in Leipzig

Weber-Fechner-Gesetz:Die Empfindungsstärke wächst langsamer als die Reizstärke.

l(l RREE )1212 ln(ln RRcEE −⋅=− Vierfarbenlehre oder Gegenfarbentheorie

Weber-Fechner-Gesetz

TastsinnTastsinnGehör

Sehen?Sehen?

R )1

ln()ln(ln 22112 R

RcRRcEE ⋅=−⋅=−

Empfindungstärke Reizstärke

nach: Goldstein, Wahrnehmungspsychologie, Spektrum Verlag

Empfindungstärke Reizstärke

Farbkreis und GegenfarbenpaaregEwald Hering (1834 – 1918)

Der Weg zur Grauleiterg

Lichttreppe“ Verdünnung„Lichttreppe

Geometrische Reihe: konstanter Faktor 4

Verdünnung

Geometrische Reihe: konstanter Faktor 4100% 100%

Arithmetische Reihe: konstante Differenz 21 0 0

Arithmetische ReiheDifferenz: 20%

Geometrische ReiheFaktor: 1/2

Wilhelm Ostwalds Farbenlehre

S h h d fi d äß F bkö

Wilhelm Ostwalds Farbenlehre

Suche nach dem empfindungsgemäßen Farbkörper:

Körperfarben, Komplementärfarben Wilhelm Ostwald(1853 – 1932)

Farbkoordinaten: Schwarz – Weiß – Vollfarbe( )

F bk lFarbkugel Philipp Otto Runge (1777 - 1810 ) Farbkegel

Weiß-Schwarz-Übergänge(Grauleiter)

Weiß-Vollfarbe-Übergänge(hellklare Farben)

Schwarz-Vollfarbe-Übergänge(dunkelklare Farben)

empfindungsgemäße Übergängeempfindungsgemäße Übergänge

Farbtongleiches Dreieckg

hellklare FarbenWeiß

Grauleiter Vollfarbe

dunkelklare FarbenSchwarz

Grauleiter, empfindungsgemäßes Farbdreieck, Farbkreis und Farbkegel

Kopien aus: W. Ostwald, Die Farbenfibel, Verlag Unesma Berlin 1944

Ostwald-Koordinaten FarbkennzeichnungFarbkennzeichnung

• Farbkreis mit 24 Farben: Farbnummern 1 bis 24• Grauleiter mit 8 Grauwerten: Buchstabencode

a c e g i l n pa c e g i l n p

w in Prozent 89 56 35 22 14 8,9 5,6 3,5

i P t 11 44 65 78 86 91 1 94 4 96 5s in Prozent 11 44 65 78 86 91,1 94,4 96,5

F b b 5 i Farbprobe 17 i eFarbprobe: 5 i amittleres Rot14% Weiß, 11% Schwarz,

Farbprobe: 17 i emittleres Eisblau14% Weiß, 65% Schwarz,11% Schwarz,

75% Vollfarbe,

21% Vollfarbe

Ostwald-Koordinaten 1GrauleiterGrauleiter

β(λ) β(λ)

Weiß1 1

Schwarz

400 nm 700 nmλ0

400 nm 700 nmλ0

400 nm 700 nm 400 nm 700 nm

β(λ)

Normweiß:BaSO4, MgO

1s

Grau

β(λ)

λ0

w

Graus+w=1

400 nm 700 nmλ

Ostwald-Koordinaten 2Kantenspektren

1 s

β(λ)

1

β(λ)

s

vv

400 nm 700 nm

λ0 w

400 nm 700 nm

λ0

(ideale) Vollfarbe (ideale) Farbprobe

400 nm 700 nm400 nm 700 nm

s+w+v=1v = 1

Wilhelm Ostwalds VollfarbenVollfarbe als Optimalfarbe

β(λ)

Hilfsmittel: CIE-Diagramm mit Spektralzug1

v

SpektralzugSpektralzug

400 nm 700 nmλ0

λ

λ1 λ2

Vollfarbe

Weißpunkt

λ2

Weißpunktλ1

λ2Farbe 2

PurpurgeradePurpurgerade

Farbe 1

Bestimmung einer unbunten Farbprobeg p

Halbschatten-Photometer s + w = 1

B b ht f ld

s + w = 1

Beobachtungsfeld

Intensitätsreglung

Vergleich der Probe mit abgeschattetem Normweiß (BaSO4, MgO)

Bestimmung einer bunten Farbprobeg p

Weg nach Wilhelm Ostwald: Farbfilter-Methode

Ziel: Farbnummer;

Schwarz Weiß und VollfarbgehaltSchwarz-, Weiß- und Vollfarbgehalt

s + w + v =1s + w + v =1

1. Schritt: FarbtonbestimmungGrundidee: Lichtmischung zu GrauGrundidee: Lichtmischung zu Grau

Gesuchter Farbton der Farbprobe sei trübes SeegrünGesuchter Farbton der Farbprobe sei trübes Seegrün

Grau GrauGrau Grau

Ungeeignete Vergleichsprobe Geeignete Vergleichsprobe

aus Farbkreis: Blau aus Farbkreis: Rot

Farbtonbestimmungphysikalische Umsetzung

halbdurchlässiger1. Farbkreisel

2. Lambert-Spiegel

Blickrichtunghalbdurchlässiger Spiegel

FarbprobeVergleich

Graustreifen

3. Polarisiertes LichtAnalysator

Polarisator

natürliches LichtÜberlagerung des polarisierten Lichts von Farbprobe und Vergleichsprobe

polarisiertes Lichtnatürliches Licht

2. Schritt: Bestimmung des Schwarz- und Weiß-h lt (Filt th d )gehaltes (Filtermethode)

G didGrundideen: 1. Weiß remittiert alle Farben2. Schwarz absorbiert alle Farben3. Vollfarbprobe remittiert „Eigenlicht“ wie Weiß4. Vollfarbe absorbiert „Gegenlicht“ wie Schwarz

Experimentelle Umsetzung: Helligkeit im Filterlicht

Beispiel: Orangerote Probe1. Filter Orangerot: Helligkeit durch Weiß und Vollfarbe2 Filter Blaugrün: Helligkeit nur durch Weiß2. Filter Blaugrün: Helligkeit nur durch Weiß

s + w + v = 1

Drei- und Vierfarbentheorie

drei Zapfen zwei Farbpaare

Zapfenspektren

Zusammenspiel von Drei- und Vierfarbentheorie in moderner Sicht

drei Zapfenarten auf der Netzhaut

zwei Gegenfarbenpaare durch neuronale Verschaltung

Farbkegelaus 24 Farbdreiecken

Farbkreis als Äquator

Grauleiter als Achseals Achse

Harmonie = Ordnung

Farbdreieck mit hervorgehobenen harmonischen Farben

V tik l S h tt ihVertikale: Schattenreihe

„Ringstern“

Internationale Farbnormung

Wilhelm Ostwald Park GroßbothenHaus Energie

Gerda und Klaus Tschira-Stiftung

Ostwaldsche Normungen aus: Die Ostwaldsche Farbenlehre und ihre Anwendung in der Praxis; X-Rite 2003

Wilhelm Ostwalds FarbenlehreWilhelm Ostwalds Farbenlehre

Eberhard Buchwald (1954): … sie (Ostwalds Farbenlehre) hat weite K i d i ht i it iKreise gezogen und zieht sie weiter, sie hat fruchtbare Fortbildungen erfahren und erfährt sie noch, und sie nimmt nach den nötigen Korrekturen einen ehrenvollennötigen Korrekturen einen ehrenvollen Platz in der heutigen Farbenlehre ein. Ein „ganzer Kerl“ steht dahinter, mit allen Frage aber auch mit allenFrage-, aber auch mit allen Ausrufungszeichen eines ganzen Kerls.

Quelle: Physikalische Blätter 6/1954