Интеллектуальный центр дистанционных технологий

Автор публикации: Кустовская Виолетта Марковна

Химия в фотографии

скачать документ

Вернуться назад

Название статьи: Химия в фотографии.Автор: Кустовская Виолетта МарковнаНижнетагильский государственный социально - педагогический институт (НТГСПИ)Нижний ТагилСтудентка 3 курса ФХО Химия в фотографии. В современном обществе активно развиваются и востребованы новые профессии: фотохудожник, фотодизайнер, журналист. Все они, так или иначе, связаны с фотографией, а фотография напрямую связана с химией. Цель моего исследования - установить взаимосвязь химических знаний и особенностей процесса фотографирования. Фотографический снимок сопровождает нас всю жизнь: без слов рассказывает о происходящих событиях со страниц газет и журналов. Он незаменим в любой работе и в научных исследованиях (вспомним, как была раскрыта тайна атомного ядра; сфотографирована обратная сторона Луны), украшает наш быт, напоминает об увлекательных поездках. Тысячи изображений ежедневно мы видим на телеэкранах. Фотография бесконечно разнообразна, обладает неисчерпаемым арсеналом художественных изобразительных приёмов и способна донести от автора к зрителю тончайшие нюансы настроений и психологических состояний. Химическая предыстория фотографии начинается в глубокой древности. Люди всегда знали, что от солнечных лучей темнеет человеческая кожа, искрятся опалы и аметисты, портится вкус продуктов. Оптическая история фотографии насчитывает примерно тысячу лет. Самую первую камеру-обскуру можно назвать «комнатой, часть которой освещена солнцем». Арабский математик и ученый X века Альгазен из Басры, который писал об основных принципах оптики и изучал поведение света, заметил природный феномен перевёрнутого изображения. Он видел это перевёрнутое изображение на белых стенах затемнённых комнат или палаток, поставленных на солнечных берегах Персидского залива, — изображение проходило через небольшое круглое отверстие в стене, в открытом пологе палатки или драпировки. Альгазен пользовался камерой-обскурой для наблюдений за затмениями солнца, зная, что вредно смотреть на солнце невооруженным глазом. В 1725 году А. П. Бестужев-Рюмин (1693—1766) химик-любитель, впоследствии политический деятель и Иоганн Гейнрих Шульце (1687—1744), физик, профессор Галльского университета в Германии обнаружили, что под влиянием света растворы солей железа меняют цвет. В 1725 году, пытаясь приготовить светящееся вещество, он случайно смешал мел с азотной кислотой, в которой содержалось немного растворённого серебра. Шульце обратил внимание на то, что когда солнечный свет попадал на белую смесь, то она становилась тёмной, в то время как смесь, защищённая от солнечных лучей, совершенно не изменялась. Затем он провёл несколько экспериментов с буквами и фигурами, которые вырезал из бумаги и накладывал на бутылку с приготовленным раствором, — получались фотографические отпечатки на посеребрённом меле. Профессор Шульце опубликовал полученные данные в 1727 году, но у него не было и мысли постараться сделать найденные подобным образом изображения постоянными. Он взбалтывал раствор в бутылке, и изображение пропадало. Этот эксперимент, тем не менее, дал толчок целой серии наблюдений, открытий и изобретений в химии, которые спустя немногим более столетия привели к изобретению фотографии. В 1818 г. русский ученый X. И. Гротгус (1785—1822) он продолжил изучение и установил влияние температуры на поглощение и излучение.Первое закреплённое изображение было сделано в 1822 году французом Жозефом Нисефором Ньепсом (Nicéphore Niepce), но оно не сохранилось до наших дней. Поэтому первой в истории фотографией считается снимок «вид из окна», полученный Ньепсом в 1826 году с помощью камеры-обскуры на оловянной пластинке, покрытой тонким слоем асфальта. Экспозиция длилась восемь часов при ярком солнечном свете. Достоинством метода Ньепса было то, что изображение получалось рельефным (после протравливания асфальта), и его легко можно было размножить в любом числе экземпляров. В 1839 году француз Луи́-Жак Манде́ Даге́р (Jacques Daguerre) опубликовал способ получения изображения на медной пластине, покрытой серебром. После тридцатиминутного экспонирования Дагер перенёс пластину в тёмную комнату и какое-то время держал её над парами нагретой ртути. В качестве закрепителя изображения Дагер использовал поваренную соль. Снимок получился довольно высокого качества — хорошо проработанные детали как в света́х, так и в тенях, однако, копирование снимка было невозможно. Свой способ получения фотографического изображения Дагер назвал дагеротипия. Практически в то же самое время англичанин Уильям Генри Фокс Тальбот изобрёл способ получения негативного фотографического изображения, который назвал калотипией. В качестве носителя изображения Тальбот использовал бумагу, пропитанную хлористым серебром. Эта технология соединяла в себе высокое качество и возможность копирования снимков (позитивы печатались на аналогичной бумаге). Экспозиция длилась около часа, на снимке — решётчатое окно дома Тальбота.Кроме того, в 1833 году метод получения фотографии при помощи нитрата серебра опубликовал франко-бразильский изобретатель и художник Эркюль Флоранс. Свой метод он не запатентовал и в дальнейшем не претендовал на первенство. Сам термин «фотография» появился в 1839 году, его использовали одновременно и независимо два астронома — английский, Джон Гершель, и немецкий, Иоганн фон Медлер. [6, c.25] Стремление сохранить визуальную память об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях всегда было свойственно человеку. Однако для широких масс людей это стало возможным лишь после изобретения фотографии. В настоящее время вряд ли можно найти человека, который не имеет своего фотографического изображения. Семейные альбомы хранят в фотографиях события прошлого и портреты родных и близких людей. Родители особенно часто фотографируют своих детей в первые годы их жизни. Эти фотографии впоследствии воскрешают массу воспоминаний о невозвратимом прошлом. Сегодня трудно представить, что фотографии когда-то не существовало, так мы сжились и свыклись с нею. Однако открытие фотопроцесса было совершено всего лишь в 1839 г. Выдающийся советский физик академик С.И. Вавилов сравнивал его по значению с изобретением книгопечатания.Термин «фотография» происходит от греческих слов фото – свет и графо – пишу. Таким образом, фотография в переводе на русский язык дословно означает светопись. В современном широком смысле фотография – это регистрация изображения на специальном материале (бумаге, пленке, пластинке).[6, c.29]Значение бытовой и художественной фотографии, а также кинематографа может оценить любой человек. Огромные возможности, которые открывают фотографические процессы в науке и технике, известны гораздо меньше. Их же широко используют для записи движений в механике, акустике, электротехнике и других областях подобно тому, как это делается в кинематографе. Высокоскоростная фотография с частотой выше 10000 кадров в секунду широко применяется для изучения быстропротекающих процессов – баллистических, пиротехнических и др. Наоборот, автоматическая регистрация на пленке какого-либо медленного явления через относительно большие промежутки времени позволяет «сжать» информацию и дает возможность визуально наблюдать динамику медленно протекающих процессов, например роста растений.[1, c.251]Современные представления о химической сущности стадий получения фотоизображения. Первой стадией фотографического процесса является экспонирование фотоматериала светом и появление скрытого изображения. Механизм образования последнего учеными не выяснен окончательно. Существуют различные теории и взгляды. Однако у специалистов нет сомнения, что оно создается атомами металлического серебра, которые так или иначе образуются вследствие фотохимической реакции, например AgBr → Ag + Br. Обратному протеканию реакции, т.е. окислению атомов серебра атомами брома, в фотоэмульсии препятствует желатина. Многие ученые считают, что первой стадией фотолиза является отрыв электрона от галогенидного иона с образованием атома галогена: Br – – e– → Br. Электрон перемещается по микрокристаллу и попадает в потенциальную энергетическую яму («ловушку»). Наличие в яме одного или нескольких электронов придает ей отрицательный заряд. В соответствии с законом Кулона эти электроны притягивают к себе положительно заряженные ионы серебра и восстанавливают их. В результате вокруг ямы образуются группы атомов серебра в соответствии с уравнением nAg+ + ne– → nAg. Устойчивую группу атомов серебра, образующуюся под действием света, в микрокристалле галогенида серебра называют центром скрытого изображения. Скрытое изображение невидимо не только невооруженным глазом, но и на оптическом микроскопе. Размер центров скрытого изображения оценивается в 10–7...10–8 см, т.е. он лежит за пределами возможностей оптического разрешения приборов.Сущность проявления (визуализации) скрытого изображения сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещенных участках фотоматериала AgBr + e– → Ag + Br . Специфика этого процесса состоит в том, что восстановитель должен действовать на облученные светом микрокристаллы намного быстрее, чем на необлученные. Значительно большая скорость восстановления облученных кристаллов связана с тем, что образовавшиеся частицы металлического серебра оказывают каталитическое действие на реакцию химического восстановления. В результате проявления усиление скрытого изображения происходит в 105...1011 раз. Фотографический проявитель – многокомпонентная смесь. Она содержит химический восстановитель; вещество, создающее щелочную реакцию раствора (Na2CO3, K2CO3, Na2B4O7, NaOH и др.); вещество, предохраняющее восстановитель от быстрого окисления кислородом воздуха (обычно Na2SO3); вещество, устраняющее вуаль (чаще всего KBr). Проявитель растворяют в воде. Среди химических восстановителей в проявителе чаще всего используют гидрохинон. В водном растворе он ступенчато диссоциирует как кислота.[3, c.49] Наличие в проявителе веществ щелочного характера способствует смещению этих равновесий вправо. При отрыве от иона C6H4O22– двух электронов получается хинон. Он реагирует с сульфитом натрия, образуя соль моносульфопроизводного. Моносульфогидрохинон способен также восстанавливать галогениды серебра с образованием моносульфохинона.Последний уже не способен восстанавливать галогениды серебра. Из процесса видно, что одна молекула гидрохинона в присутствии сульфита натрия способна восстанавливать четыре атома серебра. Кроме того, происходит расходование сульфита натрия и щелочи. В результате работы проявитель истощается и требует замены на свежий. Как уже было отмечено, после проявления изображения следует стадия его закрепления (фиксирования). Для этого необходимо удалить с фотоматериала незасвеченные и потому не восстановленные проявителем кристаллы галогенида серебра. Цель достигается путем перевода малорастворимой в воде соли серебра в хорошо растворимую. Наиболее распространенным средством закрепления изображения является тиосульфат натрия Na2S2O3. Его старое название – гипосульфит. Данная соль переводит галогенид серебра (например, NaBr) в растворимое комплексное соединение Na3[Ag(S2O3)2] в соответствии с уравнением AgBr + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr. После обработки фиксажным раствором фотоматериал необходимо тщательно промыть водой. Операция фиксирования изображения требует некоторого времени. Если ее прервать или использовать истощенный фиксирующий раствор, то образуется не комплексное соединение, а малорастворимая соль NaAgS2O3. Она не удаляется полностью с фотоматериала и со временем разлагается по уравнению2NaAgS2O3 + 2H2О = Ag2S + H2S + 2NaHSO4. Сульфид серебра в зависимости от крупности кристаллов окрашен в коричневый или черный цвет и потому на фотоматериале появляются желтые или бурые пятна. Если операция закрепления проведена правильно, то изображение будет устойчиво и фотоматериал может быть высушен.В результате трех изложенных стадий фотопроцесса на фотопленке получается негативное изображение. Для создания позитивного изображения необходимо повторить процесс, освещая (обычно) фотобумагу через пленку, на которой имеется негативное изображение. [4, c.34]Способы получения прямого позитивного изображения. В современной фотографии разработаны способы получения прямого позитивного изображения. Обращение негативного изображения в позитивное осуществляют двумя различными способами: в одном слое и в двух слоях с диффузионным переносом изображения в приемный слой. Наибольшее распространение получил двухслойный способ, так как он позволяет получить позитивное изображение прямо в фотоаппарате. В свою очередь, двухслойный способ реализуется в двух вариантах: «сухом» и «мокром». Фотографический процесс с диффузионным переносом изображения является одностадийным, так как обработка скрытого изображения с целью получения визуального происходит в одну стадию. Его сущность заключается в том, что одновременно с формированием негативного изображения из светочувствительного слоя диффундируют вещества, создающие в приемном слое позитивное изображение. В фотоматериал для черно-белого диффузионного процесса входят: светочувствительный галогенид серебра; обрабатывающий раствор, который содержит проявляющие и комплексообразующие вещества; материал-приёмник. После экспонирования на свету все три указанных материала приводят в контакт. На экспонированных участках светочувствительного слоя в результате химического проявления образуется металлическое серебро. На неэкспонированных участках сохраняется галогенид серебра. Он растворяется при взаимодействии с химическим реагентом (например, с Na2S2O3) и образующийся комплекс (в данном случае Na3[Ag(S2O3)2] диффундирует в материал-приемник. Здесь он восстанавливается до металлического серебра, которое и создает позитивное изображение. В мокром способе создания видимого изображения применяют жидкие обрабатывающие растворы. Они содержат проявляющее вещество, тиосульфат натрия, щелочь, антивуалирующее вещество и воду. Эти жидкие растворы подают извне в промежуток между светочувствительным и принимающим слоями. В «сухом» способе используют вязкие обрабатывающие растворы. Они имеют тот же состав, что и растворы в мокром способе, но содержат еще загустители – обычно водорастворимые эфиры целлюлозы. Вязкие обрабатывающие растворы заключают в полимерные микрокапсулы, которые включают в состав фотоматериала. После экспонирования фотоматериал пропускают между валиками, капсулы разрушаются и раствор из них распределяется между светочувствительным и приемным слоями. При извлечении из фотоаппарата приемный материал отделяют от светочувствительного и наносят на него быстровысыхающий стабилизирующий состав, образующий защитное глянцевое покрытие. Таким образом, с химической точки зрения получение прямого позитивного изображения базируется на традиционных стадиях фотографического процесса. Результат достигается за счет конструкционных особенностей фотоматериалов. Одноступенчатый черно-белый процесс получения прямого позитивного изображения был внедрен в практику в 40-х годах текущего столетия. В настоящее время разработан также его цветной вариант.[2, c.146]Усиление и ослабление негативов, тонирование позитивов.Важное значение для качества фотографии имеет плотность негатива. При неправильной выдержке и диаметре щели объектива или при недодержке (передержке) пленки в проявителе негатив получается с пониженной или с повышенной плотностью серебряного слоя. Это усложняет процесс перенесения изображения на бумагу при получении позитивного изображения. Данные недостатки негатива и упущения фотографа можно исправить химическим усилением или ослаблением изображения на негативе. Одним из распространенных усилителей является бромид меди (II) CuBr2. Его часто получают из более доступных реактивов сульфата меди (II) CuSO4 и бромида калия KBr сливанием растворов данных солей. При обработке негатива раствором CuBr2 происходит окисление серебра и переведение его в соль в соответствии с уравнениемAg + CuBr2 = AgBr + CuBr. В результате этой операции на месте атомов серебра на пленке образуется смесь малорастворимых солей AgBr и CuBr. Поскольку эти соли лишь слабо окрашены в светло-желтый цвет, то данная операция визуально воспринимается как процесс отбеливания негатива. Отбеленную пленку затем подвергают чернению. Для этого ее опускают в раствор нитрата серебра. Протекающая реакция описывается уравнениемCuBr + 2AgNO3 = Ag + AgBr + Cu(NO3)2. В результате отбеливания и чернения на месте одного атома серебра находятся две молекулы AgBr наряду с регенерированным атомом серебра. Если такую пленку вновь обработать проявителем, то вместо одного исходного атома серебра на пленке будут три, т.е. произойдет усиление негативного изображения. Вместо проявителя на данной стадии можно использовать сульфид натрия Na2S. Он провзаимодействует с бромидом серебра в соответствии с уравнением 2AgBr + Na2S = Ag2S + 2NaBr. Сульфид серебра в зависимости от крупности кристаллов имеет темно-коричневый или черный цвет. Поэтому в результате данной химической операции также произойдет усиление негатива. Сущность процесса ослабления негативов, наоборот, заключается в удалении с пленки излишнего серебра. Для этого используют растворы окислителей KMnO4, K2Cr2O7, (NH4)S2O8, K3[Fe(CN)6]. Например, перманганат калия (марганцовка) KMnO4 в кислой среде окисляет серебро в соответствии с уравнением10Ag + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Ag2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2OВместо черного металлического серебра получается белая соль сульфат серебра Ag2SO4. Осветленный негатив далее обрабатывают фиксажным раствором, т.е. раствором Na2S2O3, и образовавшийся осадок Ag2SO4 удаляется с пленки. Конечно, операцию ослабления нужно проводить осторожно, чтобы не снять с пленки слишком много серебра. В фотографии довольно широко используют тонирование позитивных изображений. Чаще всего из черно-белых фотографий получают коричнево-белые. Схема этого процесса включает стадию окисления черного металлического серебра и переведения его в бесцветную соль, а затем бесцветную соль переводят в окрашенную. Например, коричневые фотографии получают обработкой черно-белых раствором K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль). В результате обработки серебро окисляется и переходит лишь в слабо окрашенную сложную соль Ag4[Fe(CN)6]:4Аg + 4K3[Fe(CN)6] = Ag4[Fe(CN)6] + 3K4[Fe(CN)6]Затем следует обработка отбеленной фотографии раствором Na2S. Химическая реакция сводится к превращению Ag4[Fe(CN)6] в Ag2S:Ag4[Fe(CN)6] + 2Na2S = 2Ag2S + Na4[Fe(CN)6]. [3, c.67] Таким несложным путем можно получить даже из старых черно-белых фотографий коричневые. В настоящее время широкое распространение получили цветные фотографии.Практическая работа. Несколько лет тому назад, рассматривая старый фотоальбом, я увидела фотографии, сделанные в 1952 году. На них были запечатлены моя прабабушка и дружные жители деревни, где она родилась и провела своё нелёгкое детство. Во время Великой Отечественной войны она осталась сиротой, и ей пришлось ухаживать за домашними животными, чтобы не погибнуть от голода, и воспитывать четверых младших братьев и сестёр. Наверное, маленьким детям, оставшимся без родителей, не удалось бы выжить, если бы не помощь односельчан. Прабабушка всегда с теплотой рассказывает о добрых, отзывчивых людях, рядом с которыми она жила. И, глядя на старые фотографии, она мне показала, что, не смотря на сложное время, все улыбаются, радуются тому, что имеют. Бабушка вспомнила, что в те времена никто не закрывал свои дома на ключ, их ворота всегда были открыты, а в доме были рады любому гостю. Рассматривая альбом, мы заметили, как от поколения к поколению изменялась и возвращалась к первоначальным истокам мода, какой раньше была школьная форма, какие причёски носили мои прабабушка, бабушка и мама. Я впервые взяла фотоаппарат в руки в 3 классе и сделала первую фотографию. С тех пор фотоаппарат (сотовый телефон) всегда со мной и я имею возможность запечатлеть интересные, необыкновенные, удивительные факты окружающего мира. Чаще всего я использую цветную фотографию. В моей коллекции появились фотографии на различные темы: архитектура городов и пейзажи сельской местности, растительный и животный мир в различные сезоны года. Мне больше всего нравится фотографировать животных, потому что у каждого из них свой характер, привычки, забавные манеры поведения. Хотя мне не всегда удаётся сделать качественную съёмку, так как мои питомцы постоянно находятся в движении, от вспышки фотоаппарата прищуривают глаза или отворачиваются от объектива. Если я вижу красивый закат солнца, необыкновенную травинку, сосульки, застывшие в необычном состоянии, капельки воды на окне – всё это стараюсь запечатлеть своим фотоаппаратом. Также нравится фотографировать людей, но в процессе возникают проблемы со светом и полученный результат не всегда нравится моделям. Фотографирование стало моим хобби. В дальнейшем я продолжу работу по теме исследования.Литература1. Волгин А. Г. Фотография. 100 рецептов. М: Просвещение, 1993 г., с.306.2. Дьяконов А.Н. Химия фотографических материалов. М: АРТ, 2009 г., с.2473. Иосиф И.А. Кинофотопроцессы и материалы. М: Просвещение, 1980 г., с.85.4. Красный-Адмони Л.В. Химия и физика фотографических процессов. М: ЦБНТИ, 1982 г., с.127. 5. Краткий справочник фотолюбителя./ под ред. Кузнецовой Г.И., М: АРТ, 1992 г., с.370.6. Кошель П.Ю. Школьная энциклопедия. Химия. М: «Олма-пресс»,2000 г., с.3517. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М, 1992 г., с.76 8. Я познаю мир. Искусство./ под ред. Голицына М.С., М:Астрель,2002 г., с.410.

Онлайн курсы

Благодарственное письмо

Ваша награда

Благодарственное письмо

Наша группа ВК

X