ENTSTEHUNG UND WAHRNEHMUNG VON FARBE Farbe entsteht durch Wechselwirkung von Materie mit Licht, entweder durch Interferenzphänomene oder durch Absorption im sichtbaren Bereich. Bereits im Jahre 1690 ordnete der niederländische Physiker Christian Huygens dem Licht ähnlich wie dem Schall eine Wellennatur zu. Im 19. Jahrhundert schloss der Physiker James Clerk Maxwell, dass Licht sich als elektromagnetische Welle fortbewegt. Die meisten elektromagnetischen Wellen wie Radiowellen oder die Röntgenstrahlung sind für unser Auge nicht sichtbar. Die Wellen unterscheiden sich in ihrer Wellenlänge. Die Wellenlänge des für uns sichtbaren Lichts liegt zwischen 770 nm und 400 nm und wird als optisches Spektrum bezeichnet. sichtbares Licht Wechsel- Rundfunk Mikro- Infrastrom wellen rot 108 104 100 RöntgenkosUltra- strahlung, mische violett Gamma- Höhenstrahlung strahlung 10-4 10-8 10-12 Wellenlänge in Meter Das optische Spektrum selbst ist aus verschiedenen elektromagnetischen Wellen zusammengesetzt, die in unseren Augen unterschiedliche Farbwahrnehmungen erzeugen: UV IR 700 600 500 400 Wellenlänge in nm Das Auge besitzt auf der Netzhaut drei verschiedene Farbsinneszellen (rot, grün, blau). Werden diese gleichzeitig angeregt, erhält man den Farbeindruck Weiß. Weißes Licht kann als Mischung von mehreren elektromagnetischen Wellen aus dem optischen Spektrum bezeichnet werden. Die „Additive Farbmischung“ erbringt einen experimentellen Beweis: Weißes Licht wird durch das Mischen von mehreren farbigen Lichtquellen erzeugt. Wird nun von einem Stoff ein bestimmter Wellenlängenbereich aus dem sichtbaren Spektrum absorbiert, so erscheint dieser Stoff farbig, und zwar in der sogenannten Komplementärfarbe: Wellenlänge des absorbierten Lichts (in Nanometer) 400 - 435 435 - 480 480 - 490 490 - 500 500 - 560 560 - 580 580 - 595 595 - 605 605 - 770 zugeordnete Farbe des absorbierten Farbanteils violett blau grünblau blaugrün grün gelbgrün gelb orange rot Farbeindruck des "Restlichts" (reflekt. Komplementärfarbe) gelbgrün gelb orange rot purpur violett blau grünblau blaugrün 1 Struktur und Absorption im sichtbaren Bereich Die Absorption von Licht im sichtbaren Bereich führt zur elektronischen Anregung des absorbierenden Stoffes: die aufgenommene Lichtenergie dient also dazu, das Molekül aus dem elektronischen Grundzustand in einen angeregten Zustand zu überführen. Voraussetzung dafür ist das Vorhandensein „mobiler“ Elektronen, im speziellen Valenzelektronen. Im Falle organischer Farbstoffe erfolgt Absorption im sichtbaren Bereich falls ein sogenanntes delokalisiertes Elektronensystem vorhanden ist. Unter delokalisierten -Elektronensystemen versteht man Strukturen, deren -Elektronen nicht auf einzelne Doppelbindungen lokalisiert, sondern über größere Bereiche des Moleküls ausgedehnt (delokalisiert) sind. Verbindungen, die derartige delokalisierte - Elektronensysteme enthalten, lassen sich in der Regel nicht durch eine einzige Valenzformel beschreiben. Es müssen mehrere sogenannte „mesomere Grenzstrukturen“ zur korrekten Beschreibung der Bindungsverhältnisse verwendet werden. Man bezeichnet dieses Verhalten als Mesomerie. Paradebeispiel ist das Benzol, bei dem in der klassischen Valenzschreibweise je drei Bindungen Einfach-und Doppelbindungen wären. Tatsächlich sind aber alle sechs Bindungen völlig gleichartig. In anderen Worten, Benzol muss als Überlagerung zweier gleichwertiger Grenzstrukturen dargestellt werden. Beide Grenzstrukturen liefern den gleichen Beitrag. Benzol Der Prozess des Sehens Beim Sehvorgang werden von unseren Augen elektromagnetische Strahlen aufgenommen, die in eine Wahrnehmung umgewandelt werden. Die Rezeptoren (Stäbchen und Zapfen) nehmen den physikalischen Reiz (Farbreiz) auf. Die Stäbchen nehmen ausschließlich Helligkeitsunterschiede wahr. Sie sind mit der Flüssigkeit „Sehpurpur“ (Rhodopsin) gefüllt. Es handelt sich bei dieser Substanz um den an Eiweißmolekül (Opsin) gebundenen Carotinoidfarbstoff Retinal. Die Einwirkung von Licht führt zu einer strukturellen Änderung dieses Farbstoffes. Die Zapfen können die unterschiedlichen Farben wahrnehmen, dabei unterscheidet man zwischen Zapfen die entweder rotes, grünes oder blaues Licht besonders stark absorbieren. Die Wirkungsweise der Zapfen wird im folgenden Experiment demonstriert: Fixiert man eine Minute lang den orange-roten Kreis im linken Kasten und blickt danach sofort auf die weiße Fläche des rechten Kastens, wird ein hellblauer Farbeindruck wahrgenommen werden. Die rotempfindlichen Zapfen auf der Netzhaut ermüden allmählich beim längeren Betrachten des orange- roten Kastens. Blickt man danach auf die weiße Fläche, erbringen die ermüdeten, rotempfindlichen Zapfen nicht mehr ihre volle Leistung, sodass bevorzugt die blau und grünempfindlichen Zapfen reagieren. Der Farbeindruck Weiß wird nicht mehr gesehen, da die „rot-orange Farbkomponente“ im Gehirn teilweise nicht ankommt.2 Bedeutung der Farbe Blau Nach diesen grundlegenden Bemerkungen zur Wahrnehmung von Farbe im Allgemeinen möchte ich nun im Folgenden auf die psychologische Bedeutung der Farbe Blau und auf ihre Symbolik in der Kunst eingehen. Die Farbe Blau gilt als Farbe des Himmels oder des Wassers. Die blaue Färbung des Himmels kann durch eine Lichtstreuung des Sonnenlichts an den Luftmolekülen und den Staubteilchen erklärt werden. Die erste Farbe, die der Mensch in der Steinzeit bewusst wahrnahm und mit Symbolwirkungen belegte, war jedoch die Farbe Rot. Es ist möglich, dass die Farben Blau und Grün erst im Laufe der jüngeren Menschheitsentwicklung von anderen Farben unterschieden werden konnten. Blau ist die Farbe aller Himmelsgötter und symbolisiert das Ferne, das Göttliche, das „Geistige“. Diese Vorstellung fand sich bereits bei den Ägyptern, spätere Kulturen übernahmen sie. Der ägyptische Gott wurde mit blauer Hautfarbe dargestellt. Dem blauen Lapislazuli (anorganisches Pigment) wurden lebensspendende Eigenschaften nachgesagt. Die Ägypter erfanden auch das blaue Glas (Smalte;>wegen zu großer Giftigkeit kann der Versuch nicht durchgeführt werden), welches zusammen mit dem Lapislazuli bei Statuen und Särgen der Pharaonen zur Darstellung der Augen, Haare und Kronen diente. Der wichtigste Fluss Ägyptens, der Nil, wird auf altägyptischen Grabbildern ebenfalls immer in blauer Farbe dargestellt. Blaue Nilpferde als Kunsthandwerk waren als Symbol für den lebensspendenden Fluss sehr begehrt. In ägyptischen Tempelräumen leuchten die Himmelsdarstellungen an den Decken intensiv blau und tragen gelbe Sterne. Das Blau ist die Farbe des Kosmos, des Laufs der Sonne und der Sterne am Firmament, welches am Rand mit dem Blau der Ozeane verschmilzt. Der Schmuck des Tutanchamun besteht aus Gold und Lapislazuli. Gold galt wie Blau als Farbe des Göttlichen. Die Ägypter sahen im tiefen Blau des Wassers das Leben und im unermesslichen Blau des Himmels das Göttliche, somit findet sich der Ursprung für die Symbolik der Farbe Blau bereits im alten Ägypten. Während im Mittelalter die Farbe Rot die Farbe der Adligen war, war das matte Blau des Färberwaids die Farbe der Dienstboten und der niederen Stände. Die mit dem aus Asien stammenden Indigo leuchtend blau gefärbten Gewänder waren anfangs hauptsächlich der Gesellschaft der französischen Königshöfe vorbehalten. Mit dem Import des indischen Indigos wurde der leuchtend blaue Farbstoff jedoch auch zum Blaufärben von Arbeitskleidung („blauer Anton“) benutzt. Noch heute werden die Blue Jeans, die ursprünglich als Arbeitshosen für die Goldgräber in Kalifornien erfunden wurden, mit Indigo gefärbt. Die blaue Blume ist ein beliebtes Motiv in der Dichtung der Romantik. In dem 1802 von Novalis erschienenen Romanfragment „Heinrich von Ofterdingen“ träumt der Held von einer blauen Blume, die ihn mit einer großen Sehnsucht erfüllt: Was ihn aber mit voller Macht anzog, war eine hohe lichtblaue Blume, die zunächst an der Quelle stand und ihn mit ihren breiten, glänzenden Blättern berührte. Rund um sie her standen unzählige Blumen von allen Farben, und der köstlichste Geruch erfüllte die Luft. Er sah nichts als die blaue Blume und betrachtete sie lange mit unnennbarer Zärtlichkeit. Die poetische Farbsymbolik der Farbe Blau bei Novalis soll eine sehnsüchtige, träumerische Stimmung auslösen und gleichzeitig Geborgenheit und Ruhe erzeugen. Der berühmte Maler des Expressionismus, Wassily Kandinsky, schrieb in seinem berühmten Buch „Über das Geistige in der Kunst“ 1910: „Die Neigung des Blaus zur Vertiefung ist so groß, dass es gerade in tieferen Tönen intensiver wird und charakteristischer innerlich wirkt. Je tiefer das Blau wird, desto mehr ruft es den Menschen in das Unendliche, weckt in ihm die Sehnsucht nach Reinem und schließlich Übersinnlichem.“ (Kandinsky) 3 Wassily Kandinsky und Franz Marc gründeten 1911 die Münchner Künstlervereinigung „Der Blaue Reiter“. Berühmt geworden sind die blauen Pferde von Franz Marc. Noch heute gilt die Farbe Blau als Farbe der Treue, denn Treue erweist sich erst aus der Sicht der Ferne, wenn Gelegenheit zur Untreue gegeben ist. Blaue Blumen wie Vergissmeinnicht, Veilchen oder Männertreu symbolisieren die Treue. Blau versetzt in einen Zustand des Träumens, die Farbe stimmt sehnsüchtig, sie wirkt beruhigend und führt zu einer ernsthaften Sicht der Dinge nach innen. Sie gilt als Farbe des Gemüts und stimmt positiv. Blau ist neben Rot bei den Deutschen die beliebteste Farbe. Daraus (und aufgrund ihrer positiv stimmenden Wirkung) ergibt sich wohl auch ihre häufige Verwendung in der Werbung. Viele Unternehmen benutzen die Farbe in ihrem Firmensignet (Aral, Levis, Nivea). Waschmittelfirmen suggerieren mit dem Blau Sauberkeit und Frische für weiße Wäsche, Getränkefirmen setzen die „blaue Wirkung“ der erquickenden Flüssigkeiten ein, um Kühle und Leichtigkeit zu vermitteln. Das Blau der Tempotaschentücher zum Beispiel soll die „Softwirkung“ des Produkts hervorheben. ÜBERBLICK ÜBER FARBMITTEL Man schätzt, dass heuer jährlich in der Welt etwa vier Millionen Tonnen Farbmittel verbraucht werden. Das entspricht einem Wert von etwa 5 Milliarden Euro. In der Industrie werden alle farbgebenden Stoffe unter dem Sammelbegriff Farbmittel zusammengefasst. Dabei unterscheidet man zwischen zwei großen Gruppen, den Pigmenten und den Farbstoffen (siehe Schema). Als Unterscheidungskriterium dient bei dieser Unterteilung die Löslichkeit im Anwendungsmedium. FARBMITTEL Farbstoffe Pigmente anorganische natürliche Azopigmente natürliche organische synthetische synthetische Metallkomplexpigmente Polycyclische Pigmente Pigmente Farbmittel, die im Anwendungsmedium nicht löslich sind, bezeichnet man als Pigmente. Natürlich vorkommende anorganische Pigmente, wie Ocker (gelb) und Umbra (braun) wurden schon vor mehr als 15.000 Jahren für Höhlenmalereien in Nordspanien verwendet. Zinnober, Azurit, Malachit und Lapislazuli waren schon im 3. Jahrtausend v. Chr. in China bzw. Ägypten als Pigmente bekannt. Um etwa 2000 v. Chr. stellte man bereits durch Brennen von natürlichem Ocker rote und violette Pigmente für Töpferwaren her. Eine eigentliche Pigmentindustrie begann erst im 18. Jahrhundert mit der Entdeckung der Pigmente Berliner Blau und Cobaltblau. Unter den synthetischen anorganischen Pigmenten spielt Titandioxid als Weißpigment eine überragende Rolle. Der jährliche Verbrauch liegt weltweit bei 2,5 Millionen Tonnen. Titandioxid absorbiert das Licht nicht, sondern streut es. Wegen seines ausgezeichneten Deckvermögens und seiner hohen Licht- und Chemikalienbeständigkeit wird es in Lacken und in Anstrichfarben verwendet. Man setzt es aber auch zur Weißfärbung von Puder, Salben und Zahnpasta ein. Das wichtigste Schwarzpigment ist Ruß. In China wurde er schon 3000 v. Chr. Als Lampenruß gewonnen und beispielsweise für Tuschezeichnungen verwendet. Billiger Zeitungsdruck enthält Ruß als Pigment. Auf der Lichtstreuung feinster Metallplättchen beruht die Wirkung von Metalleffekt- und Glanzpigmenten. Metalleffektpigmente werden bei Metallic-Lackierungen von Autos verarbeitet. Glanzpigmente dienen zum Auftragen von Lidschatten. Leuchtpigmente ermöglichen den Bau und Einsatz von Leuchtstoffröhren. Die größte Gruppe organischer Pigmente sind die Azopigmente. Eine zweite wichtige Klasse sind die Metallkomplexe. Die bedeutendsten Vertreter dieser sind die Kupferphthalocyanine. Verwendung der Pigmente in der Kunstmalerei In der Kunstmalerei häufig verwendete blaue Pigmente sind das Berliner Blau und der Ultramarin. Berliner Blau ist das erste synthetische Pigment und wurde 1704 von Diesbach entdeckt. Es ist ein blaues, lichtechtes Pigment das beim Zusammengießen von Fe(III)-salzlösungen mit „gelbem Blutlaugensalz“ K4[Fe(CN)6] entsteht. Es findet Verwendung als Anstrichmittel, zur Herstellung von Druckfarben, Tinte, zum Färben von Tapeten und in der Kunstmalerei. Reines Ultramarinblau ist ein kräftig blau leuchtendes Pigment, welches sich in Lösungsmitteln nicht löst. Das Pigment ist in seiner chemischen Zusammensetzung dem Lapislazuli ähnlich, es ist jedoch ein reines Kunstprodukt. Es gehört zur Gruppe der Natrium-Aluminium-Silicate und enthält im Molekülbau Schwefelatome. Diese sind für die färbende Wirkung des Pigments verantwortlich. Ultramarinblau ist ungiftig, sehr lichtecht, hitzebeständig, wird aber von Säuren aus natürlichen oder anthropogenen Emissionen angegriffen. Salzsäure reagiert mit den Schwefelatomen zu Schwefelwasserstoff. Die Empfindlichkeit gegenüber Säuren erklärt, warum das Blau alter Ölgemälde im Laufe der Zeit immer „blinder“ wird (Ultramarinkrankheit). Gewinnung: Man mischt 39 Gewichtsteile weißen Ton mit 30 Teilen Soda, entwässert, gibt 28 Teile gemahlenen Schwefel und 3 Teile Harz oder Pech hinzu, vermischt das ganze gut und erhitzt es in einem Ofen bei heller Rotglut (700 - 800°C) 20 - 50 Stunden lang. Die Abkühlung muss langsam unter Luftabschluss innerhalb 10 - 14 Tage erfolgen. Der entstehende Rohbrand ist noch mit Natriumsulfat verunreinigt, welches durch anschließende Wasch- und Reinigungsprozesse beseitigt wird. Je nach Mischungsverhältnis erhält man ein grün- oder violettstichiges Ultramarinblau. Obwohl der Herstellungsprozess sehr aufwendig erscheint, ist das Endprodukt relativ preisgünstig. Während ein Kilogramm Lapislazulipigment heute noch mehr als 7.000 Euro kostet, erhält man ein Kilo des künstlichen Ultramarins für ca.7 Euro. Ultramarin ist heute eines der wichtigsten mineralischen Blaupigmente für Öl- und Aquarellfarben, für Druckfarben, für Dispersionsfarben, für Lacke und zum Färben von Kunststoffen. Das Blau der Niveadosen beispielsweise wäre ohne Ultramarinblau nicht denkbar. Die Textilindustrie setzt es als Waschblau schon seit längerer Zeit ein, da es als Komplementärfarbe zu Gelb den gelben Farbton aufhebt und die Textilien rein weiß erscheinen lässt.4 Farbstoffe Farbmittel werden als Farbstoffe bezeichnet, wenn sie sich in dem zu färbenden Medium lösen oder in Lösung verarbeitet werden. Natürliche organische Farbstoffe können pflanzlichen oder tierischen Ursprungs sein. Noch heute werden zum Beispiel im Kaschmirtal im Himalaja von Hand die Blüten einer Krokusart gesammelt. Aus etwa 80 000 getrockneten Blütennarben lässt sich ein Kilogramm Safran gewinnen. Er wird zum Färben der kräftig gelben Gewänder buddhistischer Mönche verwendet. Heute haben synthetische organische Farbstoffe die natürlichen Farbstoffe weitgehend verdrängt. Überwiegend werden sie zum Färben von Textilien eingesetzt. Etwa 40% des gesamten Weltbedarfs an Farbstoffen wird in Europa produziert. Damit stellt die Farbstoffindustrie einen wichtigen Wirtschaftszweig dar. Textilfarbstoffe Beim Färbeprozess spielt die Natur der Faser eine große Rolle. Nur ganz wenige Farbstoffe eignen sich ohne weiteres zur Färbung verschiedenartiger Fasern. Es müssen daher je nach Art der Faser und des Farbstoffes unterschiedliche Techniken für die Farbgebung angewandt werden. Einteilung der Textilfarbstoffe In erster Linie werden die Textilfarbstoffe nach Art des Färbeprozesses eingeteilt: Farbstoff Färbeprozess Saure und basische Farbstoffe Wolle und Seide besitzen als Proteine basische und saure funktionelle Gruppen->beim Färben treten Protonenübertragungen ein Farbstoffmoleküle haften durch Ionenbindungen auf der Faser Beispiele Methylenblau (basisch), Martiusgelb (sauer), Echtrot (sauer) Direktfarbstoffe („substantive“ Farbstoffe) Kongorot (1883 von Böttiger entdeckt), Chicagoblau, Siriuslichtblau Beizenfarbstoffe Küpenfarbstoffe Farbstoffe, die aus einer wässrigen Lösung ohne weitere Vorbehandlung auf Baumwolle aufziehen Imprägnierung der Baumwollfaser mit Metallsalzen; diese bilden mit dem Farbstoff Ionenbindungen oder Chelatkomplexe Reduktion in Standgefäßen („Küpen“) Färbung vor allem von Baumwolle; haftet fest an der Faser; Anteil am Gesamtverbrauch der Alizarin, Alizaringelb R. Indigo Entwicklungsfarbstoffe Metallkomplexfarbstoffe Dispersionsfarbstoffe Reaktivfarbstoffe Baumwollfarbstoffe heute: 40% Erzeugung des Farbstoffes direkt auf der Faser (zum Bsp. durch Azokupplung) Wasserlösliche Komplexe farbiger Moleküle Farbstoffe werden in wässriger Lösung dispergiert und diffundieren von dort in die Faser Jüngste Entwicklung auf dem Gebiet der Farbenchemie Gehen mit Faser echte chemische Bindungen (Kovalenzbindungen) ein > haften gut auf der Faser; Baumwollfärbung Naphthol-AS-Farbstoffe Neolanfarbstoffe, Irgalanfarbstoffe Cibacetblau Procionfarbstoffe, Cibacronfarbstoffe5