Фотография
План.
1.Роль света в области фотографии.
2.Превращение оптического изображения в химический процесс.
3.Химическое закрепление светового изображения.
4.Механизм получения изображения.
5.Этапы фотографического процесса.
6.Принципы фотографического процесса.
7.Заключение.
1.Роль света в области фотографии.
Исследование излучения и поглощения света, позволило, в свое время, сделать ряд важных открытий. Сама же световая частица была названа квантом света или фотоном.
Такими открытиями являются:
— квантовые свойства материи, законам которых подчиняется поведение всех микрочастиц;
— корпускулярные свойства света при поглощении, а при распространении — волновые свойства;
— существование корпускулярно-волнового дуализма у всех элементарных частиц.
— существование давления света на препятствие (впервые было обнаружено и измерено русским физиком П.Н.Лебедевым.)
— химические реакции, происходящие под действием света.
Остановимся подробней на последнем пункте и дадим характеристику химическим реакциям, протекающим под действием светового потока.
Во-первых, химическое действие света проявляется в превращении и расщеплении молекул.
Фотохимическими реакциями называются всякие химические процессы, протекающие под действием видимого света и ультрафиолетовых лучей.
Важнейшей характеристикой фотохимического процесса является – фотосинтез. Также к фотохимическим реакциям относятся — взаимодействие хлора с водородом на свету с образованием HCl распад бромистого серебра на светочувствительном слое фотопластинки, загар, выцветание тканей на солнце.
В процессе фотосинтеза, под действием света и солнца, происходят важнейшие химические реакции в траве, зеленых листьях деревьев и растений, во многих микроорганизмах.
Фотосинтезом называется процесс, при котором листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород.
В результате фотосинтетической деятельности растений за все предшествующие геологические эпохи атмосфера обогатилась кислородом, а в недрах и на поверхности Земли были сконцентрированы громадные запасы восстановленного углерода и органических продуктов, которые человек и по сей день. Это — каменный уголь, нефть, горючие газы, сланцы, торфа. Фотосинтез может протекать только под
действием света определенного спектрального состава.
Реакция фотосинтеза протекает под действием красных лучей солнечного спектра в молекулах хлорофилла. Хлорофилл – сосредоточен в хлоропластах и является зеленым пигментом. Он находится в очень непрочном состоянии с белковыми веществами. Наличие хлорофилла является необходимым условием фотосинтеза, т.е. создания
органического вещества, которое служит пищей для всех других организмов и
обеспечивают существование, круговорота в системе.
Химические свойства света были заложены в основу при создании фотографии.
Само слово “фотография” — рисование светом, светопись, имеет греческое происхождение (“фото” – свет, “графо” – рисую, пишу).
Изобретение фотографии само по себе не является открытием одного человека, очень многие выдающиеся ученые и творцы истории имеют к ней непосредственное отношение.
Если углубиться в историю, то предпосылки к изобретению берут свое начало в IV веке до нашей эры и отображены в трудах древнегреческого мыслителя Аристотеля. Это камера-обскура. Уже в те отдаленные времена, было замечено, что луч солнца, проникая сквозь небольшое отверстие в темное помещение, оставляет на плоскости световой рисунок предметов внешнего мира. Предметы изображаются в точных пропорциях и цветах, но, по сравнению с натурой, в уменьшенных размерах и в перевернутом виде. Далее выдающийся итальянский ученый и художник эпохи Возрождения Леонардо да Винчи описал принцип работы камеры-обскура в своих трудах.
К середине VIII века камера-обскура значительно модернизировалась, и редставляла из себя ящик с двояковыпуклой линзой в передней стенке и полупрозрачной бумагой или матовым стеклом в задней стенке. Она использовалась в качестве прибора для механической зарисовки предметов внешнего мира. Для этого достаточно было с помощью зеркала, поставить прямо перевернутое изображение и обвести карандашом на бумаге.
В России такое устройство успешно использовалось, с помощью камеры-обскура были документально запечатлены виды Кронштадта, Петербурга, Петергофа других русских городов. В то время она носила название “махина для снимания першпектив”, и была изготовлена в виде походной палатки. Таким образом труд художников был упрощен и появилась “Фотография до фотогрфии”. Сложилось так, что именно в XVIII веке химия как наука достигла достаточного развития. А ученые ломали головы над тем, чтобы полностью механизировать процесс рисования, научившись не только фокусировать “световой рисунок” в камере-обскуре, но и надежно закреплять его на плоскости химическим путем.
2.Превращение оптического изображения в химический процесс.
Огромный вклад в становление фотографии был сделан А.П.Бестужевым-Рюминым.
В 1725 году, тогда еще молодой химик-любитель, впоследствии дипломат и известный государственный деятель, занимаясь составлением жидких лечебных смесей, Бестужев-Рюмин обнаружил, что под воздействием солнечного света растворы солей железа изменяют цвет. Через некоторое время немецкий анатомик и хирург И.Г.Шульце обнаружил и представил доказательства чувствительности к свету солей брома.
В 1818 г. русский ученый Х.И.Гротгус открыто заявил, что существует связь фотохимического превращения в веществах с поглощением света. В своих докладах Гротгус четко сформулировал мысль о том, что только те лучи могут химически действовать на вещество, которые этим веществом поглощаются. Впоследствии это положение станет основным из законов фотохимии.
Он также представил доказательства зависимости поглощения и излучения света от температуры. Причем было установлено, что повышение температуры увеличивает излучение света, а понижение температуры увеличивает поглощение.
в 1842 г. английский ученый Д.Гершель и в 1843 г. американский профессор химии Д.Дрейпер, не зависимо от открытий Гротгуса установили ту же особенность.
Сегодня основной закон фотохимии принято называть законом Гротгуса – Гершеля –
Дрейпера.
В дальнейшем важную роль сыграла теория Планка для понимания и объяснения закона фотохимии, согласно которой излучение света происходит прерывисто определенными и неделимыми порциями энергии, называемыми квантами.
3.Химическое закрепление светового изображения.
Работа в этой области началась в первой трети прошлого столетия и была нацелена на закрепление светового изображения в камере-обскуре.
Изобретателями фотографии принято считать Жозефа Нисефора Ньепс, Луи-Жака Манде Дагера, Вильяма Фокса Генри Тальбота, они добились наилучших результатов среди ученых и изобретателей разных стран.
Впервые “Солнечный рисунок” закрепил Ньепс. Для своих работ он использовал асфальт и его свойства затвердевать на солнце.
Эксперимент состоял из простой процедуры. Раствор асфальта в лавандовом масле на полированную оловянную пластинку, которую выставлял на солнечный свет под полупрозрачным штриховым рисунком. В местах пластинки, находившихся под непрозрачными участками рисунка, асфальтовый лак практически не подвергался воздействию солнечного света и после экспозиции растворялся в лавандовом масле.
Так процедура травления и гравирования пластинки продолжалась несколько раз подряд, затем пластинку покрывали краской. В результате чего возникало рельефное изображение, свет задубливал лак в освещенных местах, а лавандовое масло вымывало незадубившиеся участки лака. Покрытые лаком пластинки применялись вместе с камерой-обскуры для формирования прочных светописных изображений, так же изображение использовалось дальше, как клише для получения копий с оригинала.
В 1826 г. Ньепс смог с помощью камеры-обскуры получить вид из окна своей мастерской на металлической пластине покрытой тонким слоем асфальта.
Первый снимок получил название – гелиография, что и означает “солнечный рисунок”. Он был весьма низкого качества и местность была едва различима, при том что процедура заняла восемь часов. Но именно с этого снимка началась фотографии, как принято считать в истории.
В 1835 г. Тальбот тоже зафиксировал солнечный луч, используя для этого более усовершенствованный метод. Тальбот применил бумагу, пропитанную хлористым серебром. Выдержка длилась в течение часа. Это был снимок решетчатого окна его дома.
В том же году Тальботом был получен первый в мире негатив. Приложив к нему светочувствительную бумагу, приготовленную тем же способом, он впервые сделал позитивный отпечаток.
Свой способ съемки изобретатель назвал калотипией, что означало “красота”.
Так он показал возможность тиражирования снимков и связал будущее фотографии с
миром прекрасного.
Одновременно с Ньепсом над способом закрепления изображения в камере-обскуре
работал известный французский художник Дагер, автор знаменитой парижской
диорамы. Работа над световыми картинами натолкнула его на мысль закрепить
изображение. Ньепс совместно с Дагером начал работу по усовершенствованию
гелиографии. К тому времени этот процесс был уже модифицирован: наносился слой
серебра на металлические пластины и затем тщательно очищенная поверхность
серебра обрабатывалась парами йода. В результате такой обработки на зеркальной
поверхности пластинки образуется тонкая кристаллическая пленка иодида серебра –
вещества, чувствительного к свету.
После смерти Ньепса в 1833 г., Дагер настолько усовершенствовал методику Ньепса,
что мог получать изображения значительно большей яркости. Он снял довольно
сложный натюрморт, составленный из произведений живописи и скульптуры. Этот
снимок Дагер передал потом де Кайэ, хранителю музея в Лувре. Автор экспонировал
серебряную пластинку в камере-обскуре в течение тридцати минут, а затем перенес
в темную комнату и держал над парами нагретой ртути. Закрепил изображение с
помощью раствора поваренной соли. На снимке хорошо проработались детали рисунка
как в светах, так и в тенях.
Свой способ получения фотоизображения изобретатель назвал собственным именем –
дагеротипия – и передал его описание секретарю Парижской Академии наук.
7 января 1839г. на заседании Академии Араго торжественно доложил ученому
собранию об удивительном изобретении Дагера, заявив, что “отныне луч солнца стал
послушным рисовальщиком всего окружающего”. Ученые одобрительно приняли
известие, и этот день навсегда вошел в историю как день рождения фотографии.
В августе того же года Араго от имени Академии выступил в палате депутатов
французского парламента, где было принято решение сделать фотографию достоянием
всего народа, а Дагеру и наследникам Ньепса назначить за открытие пожизненную
пенсию.
В России первые фотографические изображения получил выдающийся русский химик и
ботаник, академик Юлий Федорович Фрицше (1808 – 1871). Это были фотограммы
листьев растений, выполненные по способу Тальбота. Одновременно Фрицше предложил
внести существенные изменения в этот способ.
Доклад Фрицше на заседании Петербургской Академии наук в 1839 г. представлял
собой первую исследовательскую работу по фотографии в нашей стране и одну из
первых исследовательских работ по фотографии в мире.
4.Механизм получения изображения.
Опишем одну из схем, применяющуюся наиболее широко.
Получение фотографического изображения складывается из этапов, каждый
из которых определяет качество будущего изображения.
Первым этапом является фотографическая съемка. Второй этап – негативный процесс.
И заключительный этап – позитивный процесс. На каждом этапе есть свои “подводные камни”, умело обойдя которые, можно получить действительно качественное изображение. Например, на первом этапе от качества работы зависят художественно-эстетические достоинства снимка. На втором, умелое выполнение работ, определяет качество полученного для печати снимка негатива, и подготавливает почву для третьего этапа получения изображения — т.е. собственно
фотографического снимка, где главное — правильно распределение светлых и темных тонов.
5.Этапы фотографического процесса.
Процесс получения фотографии основан на фотохимических процессах, открытие и развитие свойств которых были рассмотрены выше.
Теперь отойдем от истории развития фотографии и рассмотрим подробно современные процессы ее получения.
При фотохимических реакциях зерна галогенидов серебра, состоящие из упорядоченно расположенных атомов серебра и галогена (напр., хлора), при экспозиции на свету разрушаются под действием нескольких фотонов.
Освобожденный атом серебра соединяется с другими атомами серебра на поверхности зерна, когда падающий фотон разрывает связь между атомами серебра и хлора в молекуле.
Информацией о том, что свет экспонировал эту часть пленки, служит образовавшееся в этой части крошечное пятнышко серебра.
Изображение не будет видимым, даже если его рассматривать на свету.
Превращение экспонированных зерен галогенида серебра в зерна серебра происходит на стадии проявления. Но такого превращения не происходит с теми зернами, которые подверглись воздействию света. Таким образом получается видимое негативное изображение. Но и на этой стадии неэкспонированные зерна галогенида серебра все еще светочувствительны. Поэтому обычно, при процессе фиксирования
неэкспонированный галогенид серебра удаляется, реже превращается в соединение, нечувствительное к свету.
Для стадии проявления характерен процесс значительного усиления. Такое усиление уникально среди фотохимических процессов. На стадии проявления только фотохимический процесс в глазу характеризуется большим усилением.
Светокопирование – это процесс, в котором соли трехвалентного железа превращаются в соли двухвалентного железа под воздействием электромагнитного излучения.
Это один из давно известных фотохимических процессов, он часто используется для размножения чертежей. При этом бумага покрывается железоаммониевой солью лимонной кислоты и калиевой солью железосинеродистой кислоты ( одна из многочисленных версий). Затем бумага экспонируется на очень ярком свету,
проходящем сквозь чертеж на кальке, до тех пор, пока не образуется слабое
изображение. Соединения трехвалентного железа переходят в соединения двухвалентного железа в местах, где свет попадает на бумагу.
Для проявления соединения трехвалентного железа, бумага погружается в воду. Образуется синеокрашенное цианидное соединение, тем самым дающее негативное изображение. Фиксирования в этом процессе не требуется, хотя изображение не особенно стабильно в течение длительного времени. Стадия проявления в процессе
светокопирования может вызывать незначительное изменение цвета.
Позитив может быть получен при использовании других химических соединений, с помощью точно такого же процесса.
Еще один фотохимический процесс, широко применяемый для получения копий получил название диазопроцесс. Диазосоединение – есть органическое соединение, обычно кислота. Используются для образования на бумаге среды, создающей изображение.
6.Принципы фотографического процесса.
Чтобы описать стандартный фотографический процесс потребуется много времени и знание специальных терминов, поэтому постараемся изложить информацию в более краткой и доступной форме.
Итак, пленка или фотобумага экспонируется в фотоаппарате или в фотоувеличителе и на поверхности зерен AgX, поглотивших значительное число фотонов, образуются
мельчайшие крупинки серебра, которые и являются центрами проявления.
Остаются неизменными лишь те зерна, которые недостаточно освещались.
На этой стадии нельзя обнаружить изображение, даже если бы эмульсию можно было рассматривать. Поэтому набор экспонированных зерен представляет собой
скрытое изображение.
Это происходит от того, что частицы серебра слишком малы.
На следующем этапе выбирают проявитель.
Для достижения хорошего проявления надо использовать подходящий проявитель при определенных температурах и временах обработки. Проявителями могут быть как органические, так и неорганические соединения, но в настоящее время главным образом применяются ароматические соединения – производные бензола.
Проявитель служит для превращения в чистое серебро зерна скрытого изображения. Проявитель является донором электронов, и в процессе проявления электроны присоединяются к положительным ионам серебра, образуя атомы металлического серебра. Частицы серебра действуют как катализатор в процессе проявления.
Остановимся подробней на этапе проявления и рассмотрим наиболее часто встречающиеся проявляющие вещества:
1.Амидол – это проявляющее вещество, одно из самых активных. Способно проявлять даже без ускоряющих веществ. Его недостатком является очень быстрое окисление
кислородом воздуха и, следовательно, в растворе оно сохраняется недолговременно.
2.Гидрохинон – также активное проявляющее вещество. Оно способно создавать изображения с высокой оптической плотностью и контрастностью.
3.Метол — наиболее распространенное проявляющее вещество. Используется как отдельно, в метоловых проявителях, так и в сочетании с гидрохиноном. Чисто метоловый используется в качестве выравнивающего, т.к. работает медленно и дает мягкие негативы.
4.Глицин – используется, когда необходимо создать малоконтрастные негативы с хорошей проработкой деталей в тенях и с небольшой вуалью. Но действует очень медленно.
Проявители в водных растворах образуют ионы водорода. Концентрация этих ионов
влияет на скорость восстановления проявителем галогенида серебра до
металлического серебра. Концентрацию ионов водорода можно регулировать введением
щелочи в проявитель во время приготовления последнего. Такие щелочи называются
ускорителями. Ими могут быть — карбонаты натрия и калия, сложные соединения бора и натрия.
Чтобы добиться нужного результата применяются различные добавки к основному проявителю. К примеру, сульфитные соединения служат в качестве очистителя от использованного проявителя и в качестве стабилизатора; бромид калия применяют, как замедлитель, который действует как противовуалирующее вещество.
Следующей задачей будет удалить оставшиеся ионы серебра или сделать их нечувствительными к свету, иначе последующая длительная экспозиция на свету превратит их в атомы серебра, разрушая изображение.
На стадии фиксирования неэкспонированные, практически нерастворимые в воде частицы галогенида серебра превращаются в растворимые в воде соединения, которые вымываются из эмульсии. Подбирается фиксаж тщательным образом. Его цель — превратить неэкспонированные зерна галогенида серебра в соединения, растворимые в воде, но не растворить серебро изображения.
Между стадиями проявления и фиксирования может использоваться фиксаж для прекращения проявления, а также гипосульфит, который часто содержит кислоту, либо может применяться стоп-ванна.
Стоп-ванна, представляет собой слабокислый раствор (обычно 2%-ной уксусной кислоты)и может содержать бисульфитные соединения, которые удаляют окисленное проявляющее вещество и таким образом предотвращают пятнистое окрашивание эмульсии.
На залючительном этапе, для удаления побочных продуктов процессов проявления и фиксирования, пленка (бумага) промывается. Иначе побочные продукты будут со временем разрушать изображение: остатки использованного проявителя образуют пятна на отпечатке, а гипосульфит через длительное время изменяется, приводя к обесцвечиванию отпечатка. Пленка или бумага должны промываться в больших количествах воды или в проточной воде.
Одной из главных задач является получение долговечного изображения, особенно для фотографий, представляющих собой архивные документы. Для этого иногда применяют специальные соединения, которые нейтрализуют гипосульфит и превращают в бесцветные стабильные соединения некоторые продукты фиксирования.
Наконец, отпечаток или пленку надо высушить. Полиэтиленированная бумага или
пленка сушатся на воздухе. Часто, чтобы ускорить процесс сушки, эмульсию
обдувают нагретым воздухом.
7.Заключение.
Как только не называют XX век – и веком атома и веком космоса, а еще генетики, химии и т.д. И мало кто задумывается над тем, какую роль в достижениях всех этих наук сыграла фотография, а ведь сейчас без нее исследователи не могут ступить и шагу. Не только исследователи, но и деятели искусств – ведь в основе кинематографа тоже лежит фотография, да и полиграфические технологии без нее не возможны. Современная фотография находит все большее применение в науке, технике и повседневной жизни. А ведь начиналось все довольно скромно, можно сказать, на бытовом уровне и невозможно было предположить, насколько широко будут возможности использования фотографического метода. С помощью фотографии били получены снимки планет, изображения живой клетки и кристаллической решетки минералов, изображения элементарных частиц, составляющих атом.
Фотография сочетает в себе оптику, точную механику и тонкую химическую
технологию, а со стороны технической и художественной – теорию композиции,
эстетику и теорию восприятия.
Межу тем надо заметить, что фотография стала еще и очень перспективным рынком: на сегодня этот бизнес считается одним из самых прибыльных. Он стоит на четвертом месте в мировой табели о рангах, обгоняя по доходности книгоиздание, туризм и даже автомобильную промышленность.
Литература:
1. Советский Энциклопедический словарь, ред. А.М.Прохоров, Изд-во Советская Энциклопедия, М., 1983
2. В.А.Горбатов, Э.Д.Тамицкий “Фотография”, Изд-во Легпромбытиздат, М., 1985
3. Э.Митчел “Фотография”, Изд-во Мир, М., 1988