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
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
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
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
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
Zusammenspiel von Drei- und Vierfarbentheorie in moderner Sicht
drei Zapfenarten auf der Netzhaut
zwei Gegenfarbenpaare durch neuronale Verschaltung
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
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