Основы фотографії. 
Фотохімічні реакції

Основы фотографії. Фотохімічні реакції

Л.А. Логінов, багатопрофільний комплекс (гімназія-ліцей) N 109, р. Москва Интереснейшая тема. Улюблена дітьми. Дуже сучасна. На жаль, в «базовому» підручнику їй присвячений лише невеличкий параграф. Без схем, без розповіді про сучасної кольорової фотографії. Не грішимо ми, заганяючи цю живу тему до рамок одного параграфа? Хіба треба хлопцям знати суть такого досягнення людства, як фотографія? Адже те й довга пам’ять, і, нарешті, все життя. Тим паче, що одинадцатикласникам багато що можна розтлумачити лише на рівні основних понять, навіть основи кольорової фотографии.

Начинаем, звісно, із загального визначення фотохімічних реакцій (ФХР) — це реакції, що відбуваються тільки під дією світла чи ультрафіолетового проміння (причина: хімічно активними стають неактивні у звичайних обставинах атоми). Краще, якщо приклади ФХР хлопці підберуть самі, адже багато їм вже відомо, і з інших шкільних предметів, і піти з життя. Найчастіше називають фотосинтез, освіту меланіну в шкірі людини (засмагу), вицвітання барвників (тканини, папери, навіть волосся), реакції хлорування алканов (отримання органічних розчинників: хлороформу (CHCl3), четыреххлористого вуглецю (CCl4), дихлорэтана (C2H4Cl2) та інших.), обробку фотоматериалов.

Как і фотоефект, ФХР характеризуються червоною кордоном — мінімальної частотою nмин (максимальної довжиною хвиль lмакс) випромінювання, яке ще може викликати перебіг реакції. Природно, що для різних речовин червона кордон різна. Наприклад, тканину вигорає як на свіжому повітрі, під впливом сонячного ультрафіолету, а й у приміщені, з заскленими вікнами, під впливом видимого світла (ультрафіолет крізь звичайне скло не проходить). А меланин в шкірі (засмагу) виробляється тільки під дією ультрафиолета.

Теперь зупинимося на фотографії (спочатку, звісно, чорно-білої). Перші фотознімки були отримані 1839 р. французьким художником Луї Дагером, отже деяке час такі зображення навіть називалися дагерротипами. Це відкриття стало можливим узагальнення результатів дослідів Нисефора Ньепса, теж француза. Після ними свій спосіб отримання фотографій розробив англієць Фокс Тальбот, а далі фотографія почала розвиватися бурхливими темпами завоювала буквально увесь світ. Незмінною залишилася лише основа — фотохімічні реакції, які з галогенидами срібла (AgBr, AgCl, AgI й їхні суміші).

Фотоматериал є прозоре скляне (тарілка) чи полімерне (фотоплівка) підставу, вкрите фотоэмульсией, — желатином з украпленими до нього мікроскопічними (порядку мікрометра) кристаликами галогенида срібла з добавками про сенсибілізатори (речовин, що підвищують чутливість до світла). Перші фотопластинки не містили цих речовин і мали настільки слабку чутливість, що час експозиції сягала півгодини. Нерухомий об'єкт сфотографувати ж на таку фотопластинку ще можна (фотоапарат встановлювався на штатив), але змушувати людини сидіти кодексу, який перед об'єктивом без найменшого ворушіння просто знущанням. Світлочутливість сучасних фотоплівок завдяки різного складу і кількості сенсибілізатори у межах від 50 до 1600 доларів ISO. (Насправді ми бачимо, зазвичай, із плівками чутливістю від 100 до 400 одиниць ISO). Більшого числу доларів відповідає вища чутливість і, отже, менше час экспозиции.

Как-то на початку 1980;х рр. в телевикторине «Що? Де? Коли?» знавцям показали фотографію католицького собору, зроблену середині ХІХ століття. Місце там взагалі-то дуже людне, але знімку було і не одну людину. Від питання: «Де люди, чому немає?» На жаль, знавці вирішили, зараз зйомок людей просто попросили піти з кадру, щоб не псувати пейзаж. А пошук правильної відповіді полягав надто слабкої чутливості тодішніх фотоматеріалів. За півгодини експонування люди спокійнісінько встигали ввійти і з кадру, не залишивши навіть сліду на фотопластинке!

Итак, неэкспонированная плівка є полімерну основу, вкриту «нормальним» бромистим сріблом (рис. а). Вона «боїться» світла, чому повинна перебувати у абсолютної темряві, наприклад, у фотокассете. У фотоапараті плівка (також у темряві) протягується за нормально закритим світловим затвором.

При експозиції затвор на короткий термін відкривається, отже світло (як правило, відбитий зйомок об'єкта) надходить на частина плівки (кадр). Час експозиції сучасних фотоплівок нормального висвітленні становить від 1/30 до 1/500 з. Що він коротше, тим паче чітким виходить зображення, т.к. тим менше рухів під час зйомки зробить об'єкт. Коли на кристалик галогенида срібла (візьмемо для визначеності AgBr) падає світло, відбувається ФХР:

.

причем бром сорбируется оточуючим зерно желатином, а срібло (т.зв. фотолитическое) випадає як особливих утворень — по 1−3 атома (зауважимо, що у реакції бере участь дуже мала частка молекул, складових кристалик зерна). Такі освіти неможливо побачити, тому їх називають центрами прихованого зображення. Світлі ділянки фотографируемого об'єкта (наприклад обличчя) відбивають більше світла, і створюють більше центрів прихованого зображення, а темні - менше. Їх розподіл по фотокадру після експозиції схематично показано на рис. б.

Таким чином, зображення закладено, але це неймовірно слабке. При прояві фотоплівки (у темряві) під впливом проявника (водного розчину метола чи гидрохинона) реакція відновлення засвеченного галогенида срібла до металевого різко посилюється, реагують все молекули засвеченного кристалика, й утворяться «великі», мікронні зерна металевого срібла, а бром виводиться в розчин (рис. в).

Если зараз винести плівку світ, можна побачити черно-серое зображення, яке, проте, досі «боїться» світла, т.к. в емульсії залишилися кристалики незасвеченного галогенида срібла, під впливом світла них може початися вже ФХР, усиливаемая які залишилися плівці проявником (пленка-то мокра). Зображення не лише що продемонстрованою плівці тримається.

1−2 хв. Отже, треба вивести незасвічений галогенид срібла. І тому плівку занурююється у фіксаж, тобто. закріплювач (рис. р), наприклад, у водний розчин гипосульфита. Наступні промивання та сушіння вже можна зробити на свету.

Теперь розглянемо оброблену фотоплівку. На місці засвеченного галогенида срібла залишилися зерна металевого срібла темно-сірого кольору, дома незасвеченного — лише прозорий основа плівки. Інакше кажучи, фотографували ми, скажімо, біле обличчя на темному тлі, але в плівці отримали темне на світлому (прозорому) тлі, тобто. зображення, зворотне по «чорності» оригіналу, — негатив. При фотодруку, що є копіювання зображення з негативу на фотопапір (зазвичай, зі збільшенням), відбуваються аналогічні процеси в емульсії фотопаперу виходить негатив негативу, тобто. позитив — пряме, звичайне зображення.

Но все-таки фотоемульсія плівки відрізняється від фотоемульсії папери, як і, як і процеси їх опрацювання. По-перше, червона кордон ФХР фотоплівки посідає прикордонну область між червоним і інфрачервоним випромінюваннями, отже реакція йде при висвітленні світлом будь-якого кольору. Емульсія фотопаперу має червону кордон ФХР між червоним і оранжевим ділянками спектра. У результаті фотопапір червоного світла «не боїться», що дає можливості виробляти фотодрук не у повній темряві, а при несильному червоному світлі. По-друге, час «порушення» реакції в емульсії фотопаперу значно більше, ніж у емульсії фотоплівки (зазвичай від полсекунды за кілька секунд, або навіть за кілька десятків секунд). Це спеціально, оскільки тривалість експозиції фотопаперу визначає людина, а просто неможливо відміряйте дуже маленькі інтервали часу, скажімо, 1/30 с.

Теперь час торкнутися кольорової фотографії. Як початкову стадію воно охоплює у собі чорно-білу фотографію: «звичайна» емульсія задає контури зображення насиченість потрібного кольору майбутнього кольорового зображення. (Наприклад, що більше металевого срібла залишиться дома майбутнього зображення червоного кольору, то яскравіші, насиченіші цей червоний колір.) На кольорової плівці є що й три кольорових шару (про основних квітів — червоного, синього і зеленого). При засвічуванні світлом певного кольору ФХР іде у відповідному кольоровому шарі. Складні кольору утворюються шляхом накладення у різних пропорціях друг на друга основних квітів, аналогічно, як воно виходить кольорове зображення на екрані свого телевізора. Після обробітку фотоплівки срібло «звичайній» чорно-білої емульсії з плівки виводиться, т.к. воно своєї ролі сыграло.

Обработка кольорової плівки, ясна річ, складніше, ніж чорно-білої, оскільки додаються такі стадії і процеси, як вторинна засвітка, кольорове прояв, відбілювання, а вже про додаткових промывках. Після обробітку оборотних (слайдовых) плівок потрібно що й спеціальне припинення першого (чорно-білого) прояви. Реактиви тут понад їдкі й отруйні. Понад те, треба витримувати досить суворо час обробки кожному процесі, особливо температуру розчину. Наприклад, температура кольорового проявника мусить бути 25 ± 0,25 °З. Схибиш всього на півградуса — зображення вийде неприродного жовтого відтінку. Отже, річ це надзвичайно заморочлива й вимагає акуратності, терпіння і досвіду. Недарма людська думку дійшла автоматизації всіх таких процесів.

Структуру кольорової фотоплівки можна продемонструвати учням з допомогою простого наочного посібники. Беремо непотрібний кольорової слайд (позитив, проте його можна скористатися і негативом) і кладемо його емульсією вгору. З неї у кількох місцях соскабливаем один, двоє чи троє шару. Найбільш верхній шар — червоний (на негативі - зелений). Його частинки треба акуратно приклеїти на ділянку з повністю знятої емульсією, і просвіток побачимо, що вони темно-червоні (темно-зелені). Ніяк інакше структуру і колір верхнього шару приховати. І це синій і зелено-голубой (на негативі - жовтий і оранжево-коричневий) верстви можна побачити, коли хочеш зробити більш-менш глибокі зіскрібки на емульсії. Після підготовки кадр вставляємо в слайдовую рамочку і демонструємо учням з допомогою диапроектора, як звичайний слайд.

Негатив кольорової плівки, як відомо, виходить в додаткових квітах. Якщо учні трохи ознайомлені з теорією додаткових квітів, про кольорі, одержуваному на негативі під час зйомок даного об'єкта, можна запитати та його самих, нехай подумають. Досвід свідчить, що неодмінно хтось у п’ятому класі здогадається: те щоб насправді червоне, на негативі - зелене, що насправді жовте, на негативі - фіолетове тощо. Сто1ит запитати учнів, припустимо при кольорової фотодруку слабке червоне висвітлення. Вони зазвичай відразу ж потрапляє міркують, що немає, що це викличе появу на фотопапері зеленого цвета.

Теперь про роль сенсибілізатори кольоровому фотографії. Вона тут значно значиміша, ніж у чорно-білої фотографії, оскільки сенсибілізатори в кольорових фотоэмульсиях як підвищують чутливість до світла взагалі, а й регулюють чутливість до кожного конкретного кольору. Інакше кажучи, вони відповідають і поза точну передачу кольору, і поза приємне поєднання кольорів. Набір сенсибілізатори в в кожному конкретному типі плівки — суворий секрет фірми-виробника. І в різних фірм секрети різні. Пригадаємо недавнє минуле, плівки «Свема» і «ORWO», найпопулярніші тоді в країні. Зображення на плівках «Свема» завжди мали синьо-зелений відтінок, але в плівках «ORWO» — коричнюватий. Багато сучасні плівки дають блакитнуватий відтінок тощо. Одне слово, кому що подобається у якій ситуации.

Сенсибилизаторы відповідають що й за яскравість квітів. Розглянемо такий приклад. Потрібно сфотографувати на повний зріст дорогого вам людини. Вам тут важливо все: і одяг, і обличчя, і колір очей. Ви чекаєте, що плівка передасть у тому однині і колір очей. Скажімо, в людини очі блакитні. Але розмір райдужною оболонки очі дуже малий проти розміром цілого кадру, і жадану блакить плівка може або вловити взагалі, або дуже її спотворити, колір вийде бляклим. На жаль, цим особливо «грішили» наші вітчизняні плівки. І це фотоматеріали «ORWO» «вміли» блакить очей робити навіть більше помітної.

Описанное, ясна річ, найкраще показати на реальних слайдах чи фотографіях. Особливо якщо одне і хоча б сюжет присутній у свого часу на різні плівки (наприклад, зйомки одночасно виробляли двоє, кожен своїм фотоаппаратом).

Учащимся-гуманитариям цього вже досить гарного емоційного заряду. На медико-біологічних класах, де кількість уроків фізики побільше, можна розповісти що й про особливості настройки фотоапаратів щоб одержати знімків хорошої якості. Йдеться регулюванню про витримки й діафрагми. Нагадаємо, що витримкою називається час експозиції кадру, а діафрагмою — розмір отвори в об'єктиві фотоапарата, крізь яке засвічується кадр. Ми згадували, що з підвищення різкості зображення фотографируемый об'єкт може бути нерухомий. Але абсолютної нерухомості досягти, зазвичай, неможливо. Тоді намагаються зменшити витримку, а збереження світлового потоку збільшують діафрагму.

Последнее виводить на поняття сферичної аберації - однієї з недоліків лінз. Суть сферичної аберації у тому, що за головний фокус лінзи проходять в усіх промені, падаючі на лінзу паралельно головною оптичної осі, лише ті, які відбуваються неподалік головною оптичної осі. Більше далекі промені перетинаються за іншими точках, що зумовлює розмивання зображення. Широка діафрагма як разів, і «запускає на дію» такі промені, отже проблему нестачі світла (при вимушеної малої витримці або за тьмяному висвітленні) потрібно вирішувати не збільшенням діафрагми, а вибором чутливішою фотопленки.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із російського сайту internet.