§ 92. Химическое действие света. Фотография

Определения и обозначения

Фотохимическое действие света — химическое превращение вещества под воздействием света. В отличие от теплового действия, оно связано не просто с повышением температуры, а с энергией поглощённых фотонов. Это понятие нужно, чтобы объяснить работу фотоматериалов и другие реакции, запускаемые излучением.

Фотографическая эмульсия — светочувствительный слой фотоматериала, содержащий микрокристаллы галогенида серебра. В школьном примере обычно рассматривают бромид серебра AgBr. Именно этот слой воспринимает распределение света и сохраняет его в виде химических изменений.

Скрытое изображение — невидимое изменение эмульсии, возникающее при освещении и сохраняющее информацию о том, сколько света получил каждый участок. Глаз его не замечает, потому что изменения сначала очень малы. Оно становится основой будущего видимого негатива после обработки проявителем.

Фотография — получение и сохранение изображения предмета с помощью фотохимического действия света. Свет от предмета попадает на фотоматериал, а затем химическая обработка закрепляет результат. Поэтому фотография состоит не только из освещения, но и из последующего проявления и закрепления.

Как это устроено

Свет способен вызывать реакции, потому что фотон переносит порцию энергии. Если энергия поглощённого фотона достаточна, она может изменить состояние электронов в веществе и ослабить или разорвать химические связи. Поэтому результатом действия света бывает не нагревание, а новое химическое соединение или разложение исходного вещества.

В фотографической эмульсии свет действует на кристаллы бромида серебра. Поглощённая энергия облегчает разделение вещества на составляющие: ионы серебра превращаются в атомы, которые объединяются в мельчайшие частицы металлического серебра, а бром отделяется. Чем больше света получил участок, тем больше центров будущего изображения в нём возникает.

Сразу после освещения металлического серебра ещё слишком мало, чтобы изображение стало заметным. Однако его частицы распределены не случайно: в разных местах эмульсии их количество различается согласно освещённости. Так появляется скрытое изображение, которое уже содержит информацию о форме и яркости предмета.

Проявитель — специальный раствор, избирательно усиливающий изменения в облучённых кристаллах. Он восстанавливает до металлического серебра значительно больше вещества там, где свет уже создал центры реакции. В результате освещённые участки темнеют, а слабее освещённые остаются светлыми, и скрытое изображение превращается в видимый негатив.

После проявления в эмульсии сохраняется непрореагировавший светочувствительный материал. Закрепитель растворяет и удаляет его, поэтому дальнейшее освещение уже не портит изображение. Затем плёнку промывают и сушат, а для получения привычной фотографии пропускают свет через негатив на другой фотоматериал: сильно затемнённые места дают меньше света и становятся светлыми на позитиве.

Этапы получения фотографии на фотоматериале

Таблицу удобно читать как последовательность: каждый этап подготавливает следующий. Если пропустить проявление, скрытое изображение не станет видимым, а без закрепления оно останется нестойким. Последний этап меняет отрицательное распределение яркостей негатива на положительное.

Разбор задач

Неэкспонированная и освещённая части плёнки

Условие. Нужно объяснить, почему после проявления неосвещённая часть плёнки остаётся прозрачной, а освещённая становится тёмной. Сравним, какие изменения произошли в кристаллах эмульсии до действия проявителя. Главное здесь — проявитель работает не одинаково с освещёнными и неосвещёнными участками.

1. В освещённой части фотоны вызвали образование центров из металлического серебра.
2. Проявитель усилил реакцию именно в этих кристаллах, и серебра стало много.
3. Металлическое серебро поглощает свет, поэтому участок выглядит тёмным; в неэкспонированной части центров почти нет и серебро не образуется.

Ответ. Освещённый участок темнеет из-за образования металлического серебра при проявлении. Неэкспонированный участок остаётся прозрачным, потому что проявитель почти не изменяет его кристаллы. Различие яркостей связано с избирательным действием света, а не с тем, что одна часть плёнки просто нагрелась сильнее.

Почему негатив даёт обратное изображение

Условие. Нужно определить, почему светлые и тёмные участки негатива противоположны участкам предмета. Рассмотрим путь света от объекта к плёнке, не путая яркость самого предмета с яркостью получившегося серебряного слоя. Чем светлее участок предмета, тем больше излучения обычно попадает с него на плёнку.

1. Светлый участок предмета сильнее освещает соответствующую область эмульсии.
2. В этой области после проявления образуется больше металлического серебра.
3. Слой серебра затемняет область негатива, поэтому светлому участку предмета соответствует тёмный участок плёнки.

Ответ. Негатив имеет обратное распределение яркостей: освещённые места предмета становятся тёмными, а тёмные — относительно прозрачными. Это происходит потому, что количество серебра растёт с полученной дозой света. При печати негатив снова управляет освещением материала и даёт уже позитивное изображение.

Последовательность химической обработки

Условие. Нужно описать получение фотографии от освещения плёнки до позитива и назначение растворов. Нельзя менять порядок этапов, поскольку каждый раствор выполняет отдельную задачу. Проследим, как невидимая информация превращается в устойчивое изображение.

1. При экспонировании свет создаёт скрытое изображение в эмульсии.
2. Проявитель усиливает изменения и образует видимый негатив из металлического серебра.
3. Закрепитель удаляет остаточный галогенид серебра, затем промывка убирает растворы, а с негатива печатают позитив.

Ответ. Полная последовательность такова: экспонирование, проявление, закрепление, промывка и сушка, печать. Проявитель делает изображение видимым, закрепитель сохраняет его от дальнейшего действия света. Позитив получают потому, что при печати негатив повторно преобразует распределение освещённости.

Типичные ошибки

Считать, что свет только нагревает фотоматериал, — значит смешивать тепловое и химическое действия света. Так думают, потому что оба процесса вызываются излучением, но химическое действие приводит к превращению вещества. Проверка проста: спросите себя, изменился ли состав вещества, а не только его температура.

Утверждать, что видимое изображение появляется сразу после освещения, неправильно. При экспонировании сначала возникает скрытое изображение, невидимое для глаза. Проверьте себя по этапам: между освещением и готовым негативом обязательно есть проявление.

Путать проявитель и закрепитель — значит приписывать одному раствору работу другого. Проявитель усиливает изменения и делает изображение видимым, а закрепитель удаляет неразложившийся светочувствительный материал. Для проверки назовите результат: после проявителя появляется негатив, после закрепителя он становится устойчивым.

Называть негатив готовой обычной фотографией тоже ошибочно. В негативе светлые и тёмные участки распределены наоборот, поэтому он обычно служит исходником для печати позитива. Проверить различие можно по яркому участку предмета: на негативе он должен быть тёмным, а на позитиве — светлым.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что фотон переносит энергию, а действие излучения зависит от его спектра, интенсивности и времени освещения. Эти понятия помогают понять, почему разные участки эмульсии изменяются неодинаково и почему экспозиция влияет на результат.

Дальше тема связана с фотоэффектом, фотохимическими процессами, светочувствительными приборами и цифровой фотографией. В цифровой камере химическая эмульсия заменена электронным сенсором, но общий принцип сохранения информации о распределении света остаётся похожим.

Что запомнить

• Свет может вызывать не только нагревание, но и химические превращения.
• Фотографическая эмульсия содержит светочувствительные соединения серебра.
• При освещении в эмульсии возникает скрытое изображение.
• Проявитель усиливает изменения, вызванные светом.
• Закрепитель удаляет неразложившееся светочувствительное вещество.
• Негатив имеет обратное распределение светлых и тёмных участков.
• Позитив получают печатью с негатива.