Die chemische Seite

Silberhalogenide (Silberchlorid AgCl, Silberbromid AgBr und Silberiodid AgI) sind farblose, kaum wasserlösliche Salze, die unter Lichteinfluss langsam in metallisches Silber und freies Halogen gespalten werden. Das dabei entstehende metallische Silber ist fein verteilt und erscheint daher schwarz. In der Fotografie wird Silberhalogenid in Gelatine emulgiert und auf einen Träger (Film oder Fotopapier) gegossen. Dort liegt es in Form von Kristallen einer bestimmten Grösse vor. Belichtet man einen Film sehr lange (etwa einen Tag), so erhält man durch die erwähnte Zersetzung direkt ein sichtbares Silberbild. Bereits bei sehr kurzer Belichtung bilden sich jedoch in und auf den belichteten Kristallen Keime (Cluster aus mindestens vier Silberatomen). Diese Keime ermöglichen auf der Kristalloberfläche den Angriff von Chemikalien, die in alkalischer Lösung den gesamten Kristall zu metallischem Silber reduzieren. Durch diese Entwicklung wird das durch die kurze Belichtung erhaltene unsichtbare (latente) Bild in ein sichtbares überführt. In einem zweiten Schritt wird das verbliebene, unentwickelte Silberhalogenid mit einem Komplexbildner (Ammoniumthiosulfat) herausgelöst, durch diese Fixierung wird das Bild lichtunempfindlich.
 

Das entstandene Bild ist an den belichteten Stellen schwarz, an den unbelichteten farblos; die Helligkeitsverteilung ist also genau umgekehrt wie im realen Bild. Es handelt sich um ein Negativ. Belichtet man dieses wiederum auf Fotopapier, kehrt sich die Helligkeitsverteilung erneut um und man erhält ein dem ursprünglichen Eindruck entsprechendes Positiv.
 

Positiv	Negativ

Wird direkt ein (Dia-)Positiv gewünscht, benutzt man die Umkehrentwicklung. Belichtung und Entwicklung erfolgen analog dem Negativprozess, dann jedoch wird das metallische Silber mit einer sauren Dichromat-Lösung herausgelöst, welche das Silberhalogenid nicht angreift. Das verbliebene Silberhalogenid wird durch eine Zwischenbelichtung mit diffusem Licht (oder auf chemischem Wege, sog. Chemische Umkehr) entwicklungsfähig gemacht, zum (positiven) Bild entwickelt und fixiert. Nach diesem Prinzip ist es möglich, handelsübliche Schwarzweiss-Negativfilme zu Dias zu entwickeln.
 

Damit alle Farben in entsprechenden Grauwerten dargestellt werden, muss ein Schwarzweissfilm über den gesamten sichtbaren Bereich gleichmässig empfindlich sein. Silberhalogenide sind jedoch nur für blaues Licht empfindlich, AgI auch für blaugrün. Für das restliche Spektrum baut man Sensibilisatoren in die Schicht mit ein. Das sind Farbstoffe, die längerwelliges Licht absorbieren, die Energie auf das Silberhalogenid übertragen und so für die Ausbildung eines latenten Bildes sorgen. Filme, die für blaues und grüngelbes, nicht jedoch für rotes Licht sensibilisiert sind, bezeichnet man als orthochromatisch. Sie haben den Vorteil, dass man sie im Labor bei rotem Licht handhaben kann. Die meisten heute handelsüblichen Schwarzweissfilme sind panchromatisch sensibilisiert, sie sind über den gesamten sichtbaren Spektralbereich lichtempfindlich. Bei Infrarotfilmen reicht die Sensibilisierung sogar bis in den IR-Bereich hinein.
 

Die Grösse der Silberhalogenidkristalle hat dabei entscheidenden Einfluss auf die Empfindlichkeit der Emulsion. Ein grosser Kristall ist lichtempfindlicher, da er einen höheren Einfangsquerschnitt für einfallendes Licht aufweist. Kleinere Kristalle benötigen eine intensivere Belichtung, dafür sind die das Bild aufbauenden Körner kleiner und die Auflösung ist höher. In der Praxis bestimmt die Entwicklung jedoch die Empfindlichkeit mit, da es möglich ist, die Körner mehr oder weniger durchzuentwickeln (Push- oder Feinkornentwicklung).

Ein Farbfilm wird, entsprechend den darzustellenden Farben, in mehreren Schichten gegossen. Dabei sind zwei Punkte wesentlich: Erstens darf jede Schicht nur für den einer additiven Grundfarbe entsprechenden Spektralteil empfindlich sein, und zweitens muss diese Schicht nach der Verarbeitung die entsprechende Komplementärfarbe wiedergeben. Das heisst in der Praxis, dass jeweils eine Schicht nur für das blaue, das grüne und das rote Teilbild empfindlich sein darf. Die blauempfindliche Schicht muss zu einem gelben Bild führen, die grünempfindliche zu einem magentafarbenen, und die rotempfindliche zu einem cyanfarbenen.

Zur praktischen Umsetzung dieser Voraussetzungen ist die erste, dem Licht zugewandte Schicht des Farbfilms unsensibilisiert und daher nur für Blau empfindlich. Auf sie folgt ein Gelbfilter, der den blauen Lichtanteil für die folgenden Schichten absorbiert. Bei diesen Schichten wird die spektrale Empfindlichkeit durch die Sensibilisierung gesteuert: Eine Schicht ist für grünes Licht sensibilisiert (entspricht somit einer orthochromatischen), die andere für rotes Licht (im Unterschied zu panchromatischem Schwarzweissfilm aber nicht für grünes). Die Reihenfolge dieser beiden Schichten ist dabei prinzipiell egal, mitunter werden auch vier Schichten gegossen, um die Schärfe zu erhöhen.
 

Zur Erzeugung von Farbstoffen nutzt man die Farbkupplerreaktion aus: Farbkuppler sind Stoffe, die während der Entwicklung (z. B. mit oxidiertem Entwickler) direkt nach der Reaktion mit dem Silberhalogenid zu unlöslichen Farbstoffen reagieren. So entsteht bei der Entwicklung neben dem Silberbild ein Farbstoffbild analoger Dichte (chromogene Entwicklung). Das bei der Entwicklung entstehende, in diesem Fall unerwünschte Silberbild wird nach der Entwicklung weggebleicht. Der erwähnte Gelbfilter, der die unteren Schichten vor blauem Licht schützt, besteht aus kolloidem Silber und wird dabei mitentfernt. Bei der Herstellung des Farbfilms werden die Farbkuppler in die entsprechende Schicht gemischt, also Farbkuppler für Gelb in die unsensibilisierte, blauempfindliche Schicht, für Magenta in die grünempfindliche und für Cyan in die rotempfindliche Schicht.
 

Positiv	Negativ

Das negative Farbstoffbild zeichnet sich somit einerseits durch die Umkehrung der Dichteverhältnisse aus (hell wird dunkel und umgekehrt), andererseits wird jede Farbe durch ihre Komplementärfarbe ersetzt. Durch Umkopieren des Negativs auf Fotopapier ergibt sich wieder der natürliche Eindruck.

Die Umkehrentwicklung zu Diapositiven entspricht einer Kombination des entsprechenden Schwarzweissprozesses mit einer chromogenen Entwicklung. Für die Erstentwicklung wird ein Schwarzweissentwickler verwendet, welcher nicht mit den Farbkupplern reagiert, und für die Zweitentwicklung einen Farbentwickler. In der Praxis funktioniert das allerdings nicht mit normalen Farbnegativfilmen, da diese eine orangebraune Maske haben.
 

Eine Besonderheit stellt der Kodachrome-Film von Kodak dar. Er enthält keinerlei Farbkuppler, was ihn unbelichtet beständiger gegen Umwelteinflüsse (etwa in den Tropen) macht. Die Farbkuppler werden erst bei der Entwicklung in die Schichten eingebracht, die resultierenden Farbstoffe sind ausgesprochen beständig. Damit die Farbkuppler auch in die richtigen Schichten integriert werden, werden nach der Erstentwicklung farbige Zwischenbelichtungen durchgeführt. Die rote Zwischenbelichtung wird von der Filmunterseite her vorgenommen, die blaue von der Oberseite, wobei die noch vorhandene Gelbfilterschicht die anderen Schichten schützt. Schliesslich erfolgt noch eine chemische Umkehr zur Entwicklung der grünempfindlichen Schicht. Der recht aufwändige Prozess wird nur von Kodak selbst durchgeführt.