Технология получения фотографического изображения

Областная научно-творческая конференция учащихся

Секция «Химия»

Технология получения фотографического изображения

старинными методами

Выполнили:Гуревич Роман

   Попов Денис, 9 класс  

   МОУ Гимназия №1

Руководитель: Щербатых Н.В.

учитель химии МОУ Гимназия №1

Самара 2006

Содержание

Введение                                                                        3

1.Теоретическая часть                                                        4

1.1.История изобретения и развития фотографии                        4

1.2. Современные представления о химической                                 6

Сущности стадий получения фотоизображения

1.3. Процесс проявления и проявляющие растворы                        8

1.3.1. Неорганические проявляющие вещества                                8

1.3.2. Органические проявляющие вещества                                8

1.4. Процесс фиксирования                                                        8

2.Экспериментальная часть                                                        10

2.1. Соляная печать                                                                10

2.2. Бессеребряная фотография                                                11

Заключение                                                                        12

Список литературы                                                                13

Введение

Стремление сохранить визуальную память об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях всегда было свойственно человеку. Скульпторы ваяли монументы, живописцы создавали картины. Однако это все было недоступно для широких масс. Ситуация изменилась лишь с появлением и развитием фотографии. Сейчас вряд ли можно найти человека, не имеющего хотя бы нескольких фотографических изображений. В архивах и семейных альбомах (а теперь и на лазерных дисках) хранится память нескольких поколений людей.

        Сегодня уже трудно представить, что фотографии когда-то не существовало – так мы сжились и свыклись с нею. Однако так было не всегда и нам захотелось перенестись почти на 200 лет назад, узнать, откуда родом фотография, кто ее изобрел, оказаться на месте первых фотографов.

В данной работе рассматривается история фотографии и химические реакции, лежащие в основе фотографического процесса. В практической части работы выполнены фотографические изображения  старинными методами.

1.Теоретическая часть

1. История изобретения и развития фотографии

Фотография (фото – свет, графо – рисую, пишу – греч.) – рисование светом, светопись – была открыта не сразу и не одним человеком. В это изобретение вложен труд многих учёных. Фотография стала возможна в тот самый день, когда открытие светочувствительности галоидных соединений серебра позволило зафиксировать и запечатлеть световые лучи, испускаемые по-разному освещенными объектами. Но еще задолго до фотографии было и кадрирование художником будущего сюжета полотна, и перспектива, изобретенная Альберти, и оптика камеры-обскуры, и труд еще многих и многих поколений людей разных стран мира. Люди давно стремились найти способ получения изображений, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника. Некоторые предпосылки для этого существовали уже в отдалённые времена. Одним из наиболее важных вкладов в создание реальных условий для изобретения способа превращения оптического изображения в химический процесс в светочувствительном слое послужило открытие молодого русского химика–любителя, впоследствии известного государственного деятеля и дипломата Алексея Петровича Бестужева-Рюмина (1693-1766). В 1725 году, занимаясь составлением жидких лечебных смесей, он наблюдал в своей лаборатории весьма примечательное явление: растворы солей железа проявляли чувствительность к солнечному свету. Это было первое наблюдение, обратившее внимание ученых на неизученное еще интересное свойство солей некоторых металлов. Спустя два года немецкий химик Г. Шульце (1687-1744) заметил светочувствительность солей серебра и  представил доказательства чувствительности к свету солей брома. Он же доказал, что смешанный с мелом нитрат серебра темнеет под воздействием именно света, а не воздуха или тепла. Шведский химик Карл Шееле пришел к тем же выводам в 1777 году, ставя опыты с хлоридом серебра. Для регистрации света он впервые использовал бумагу, на поверхность которой  был нанесен хлорид серебра. Разложение хлорида серебра  Шееле выразил схематическим уравнением:

2AgCl = 2Ag + Cl2 

Потемнение соли вызывается образующимся металлическим  серебром. Таким образом, участки бумаги, на которые попадал свет, темнели, а незасвеченные оставались неизменными. Для истории фотографии важно и то, что Шееле впервые предложил способ закрепления изображения, получившегося  на засвеченных участках. Для этого он использовал раствор аммиака, который растворял незасвеченный хлорид серебра в соответствии с уравнением:

AgCl + 2NH3 = Ag(NH3)2Cl

Поскольку хлорид серебра удалялся, то дальнейшее действие света на материал прекращалось. К сожалению, этот способ фиксации изображения был надолго оставлен без внимания. Лишь в 1839 году полученное с помощью света в камере-обскуре изображение было, наконец, закреплено на серебряной пластинке.

На несомненную связь фотохимического превращения в веществах с поглощением света впервые указал в 1818 г. русский учёный Х. И. Гротгус (1785–1822). Он установил влияние температуры на поглощение и излучение света, причём доказал, что понижение температуры увеличивает поглощение, а повышение температуры увеличивает излучение света. В своих сообщениях Гротгус чётко сформулировал мысль о том, что только те лучи могут химически действовать на вещество, которые этим веществом поглощаются. Это положение со временем, уже после открытия фотографии, стало первым, основным законом фотохимии. Независимо от Гротгуса ту же особенность установили в 1842 г. английский учёный Д. Гершель (1792–1871) и в 1843 г. американский профессор химии Д. Дрейпер (1811–1882). Поэтому историки науки основной закон фотохимии называют ныне законом Гротгуса – Гершеля – Дрейпера. Для понимания и удовлетворительного объяснения этого закона важную роль в дальнейшем сыграла теория Планка, согласно которой излучение света происходит прерывисто определёнными и неделимыми порциями энергии, называемыми квантами.

И все-таки годом рождения фотографии принято считать 1839 г., когда французский художник Луи Жак Дагер представил на рассмотрение парижской Академии наук изобретение, способное с помощью светового луча получать прочное изображение на серебряной пластинке в камере-обскуре. Это изобретение принадлежало талантливому французскому изобретателю Жозефу Нисефору Ньепсу, получившему в 1826 г первый световой рисунок. Впоследствии он проводил свои опыты совместно  с Дагером. После смерти Ньепса Дагер продолжил поиски более совершенной конструкции фотоаппарата и способа обработки светочувствительного материала, подведя под опыты и теорию Ньепса практическую базу. Изобретение Ньепса и Дагера получило название дагерротипии.

        Процесс изготовления дагерротипов был довольно сложен. «Световые рисунки» создавались на серебряных пластинках, предварительно обработанных и помещенных в камеру-обскуру. После воздействия световых лучей через объектив камеры пластинки подвергали дальнейшей обработке, в конечном результате получая изображение.

        Дагерротипия как одно из направлений фотографии 19 века существовало около двух десятков лет наряду с калонтипией, почти одновременно изобретенной англичанином Фоксом Тальботом и заложившей основы современной фотографии.

        Способ Тальбота был значительнее удобнее и практичнее. Он заключался в том, что изображение в камере-обскуре получалось не на пластинках серебра, а на бумаге, пропитанной светочувствительным раствором. Это были негативы, с которых печаталось позитивное изображение на светочувствительной бумаге.

        Свой вклад в развитие фотографии уже в первые годы ее существования внесли и русские изобретатели. Так, уже в 1840 году А.Ф. Грековым был усовершенствован способ Дагера. Греков получил прочное изображение не на дорогостоящей серебряной пластинке, а на более доступных материалах – меди и латуни, а также нашел способ воспроизведения дагерротипов на бумаге, впервые в мире использовав дагерротипию в полиграфии. Ему же принадлежал и первый «художественный кабинет» в Москве, где Греков занимался портретом в «светописи».

        Успешно занимался дагерротипией в России и другой талантливый фотограф С.Л.Левицкий, начавший свою деятельность со съемки пейзажей. В дальнейшем Левицкий стал портретистом и оставил последующим поколениям уникальные кадры, запечатлевшие Н.В. Гоголя, А.А. Иванова и других художников русской колонии в Риме.

        Шли годы. Фотография получила распространение во всем мире. Определились жанры, совершенствовались технические средства, применяемые в соответствии с творческими задачами, появились направления в фотографии.

1.2. 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 желатин. Многие ученые считают, что первой стадией фотолиза является отрыв электрона от галогенидного иона с образованием атома галогена. Электрон перемещается по микрокристаллу и попадает в потенциальную энергетическую яму. 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.

        Сущность второй стадии - проявления (визуализации) скрытого изображения -сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещенных участках фотоматериала. 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 происходит усиление скрытого изображения в 105 -1011 раз.

        Фотографический проявитель – многокомпонентная смесь. Она содержит химический восстановитель; вещество, создающее щелочную реакцию раствора (Na2CO3,K2CO3, Na4B4O7, NaOH); вещество, предохраняющее восстановитель от быстрого окисления кислородом воздуха (обычноNa2SO3); вещество, устраняющее вуаль. Проявитель растворяют в воде. Среди химических восстановителей в проявителе чаще всего используют гидрохинон.

        После проявления изображения следует третья стадия: его закрепление (фиксирование). Для этого необходимо удалить с фотоматериала незасвеченные и потому невосстановленные 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 в растворимое комплексное соединениеNa3 Ag(S2O3)2.

AgBr + 2 Na2S2O3 =Na3 Ag(S2O3)2 + NaBr

После обработки фиксажным раствором фотоматериала его 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 2NaAgS2O3 + 2H2O = Ag2S + H2S + 2NaHSO4

Сульфид серебра в зависимости от величины кристаллов окрашен в коричневый цвет или черный цвет и потому на фотоматериалах появляются бурые или желтые пятна. Если операция закрепления проведена правильно, то изображение будет устойчиво и фотоматериал может быть высушен.

В результате трех изложенных стадий фотопроцесса на фотопленке появляется негативное изображение. Для создания позитивного изображения необходимо повторить процесс, освещая фотобумагу через пленку, на которой имеется негативное изображение.

1.3. Процесс проявления и проявляющие растворы

Проявление - избирательный процесс восстановления экспонированных микрокристаллов галогенида серебра в эмульсионном слое фотоматериала, способствующий превращению скрытого изображения в видимое. Специальные растворы, применяемые для этих целей, называются проявителями. Они представляют собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из одного проявляющего вещества или нескольких, щелочи, антиоксиданта, антивуалента и других веществ.

1.3.1. Неорганические проявляющие вещества

Из неорганических проявляющих веществ практический интерес представляют соединения двухвалентного железа, которые применялись еще на раннем этапе развития фотографии. В последние годы особый интерес вызывают у специалистов ванадиевые проявляющие растворы. Кроме этого используют гидразин (N2H4), гидроксиламин(NH2OH), дитионат натрия (Na2S2O4)

1.3.2. Органические проявляющие вещества

В настоящее время почти все основные проявляющие вещества – органические производные ароматических углеводородов (бензола). Органические проявляющие вещества можно разделить на три типа:

1) многоатомные фенолы: гидрохинон, пирокатехин, пирогаллол

2) аминофенолы: парааминофенол, метол, глицин, амидол

3) ароматические диамины

1.4. Процесс фиксирования

После завершения процесса проявления фотоматериала следует промежуточная промывка водой или кислая стоп-ванна, содержащая слабую кислоту. Во время этих операций происходит прерывание процесса проявления за счет удаления из фотографического слоя избытка компонентов проявляющего раствора. Далее следует процесс, называемый фиксированием, задачей которого является перевод непроявленных труднорастворимых соединений галогенидов серебра в неэкспонированных участках эмульсионного слоя в водорастворимые соединения, которые затем легко и полностью удаляются из слоя, что обеспечивает стабильность и длительный срок хранения изображения на фотоматериале.

        Для перевода практически нерастворимых в воде галогенидов серебра широкое распространение получил тиосульфат натрия, который образует с серебром легкорастворимые в воде стабильные комплексные соединения, не оказывая  при этом вредного воздействия на восстановленное серебро и желатин фотослоя. Существуют и другие соединения, способные образовывать с галогенидами серебра комплексные соединения, которые находят  ограниченное применение в фотографии в связи с тем, что они ядовиты и дороже, чем тиосульфат натрия, и, кроме того, существенно размягчают желатин эмульсионного слоя. Применяют такие соединения в основном при быстрой обработке высокозадубленных специальных материалов для стабилизации изображения – перевода  неэкспонированного и непроявленного галогенида серебра в прозрачные  и светостойкие  комплексные соединения. После процесса стабилизации, как правило, исключается окончательная водная промывка фотоматериала, при этом срок хранения фотографического изображения значительно сокращается.

2. Экспериментальная часть

В практической части нашей работы мы попытались воспроизвести несколько старинных способов получения фотоизображения (соляная печать, бессеребрянная фотография).

2.1. Соляная печать

В 100 г теплой воды (около 40°С) размешали 2 г желатина. Через 20 минут разбухший желатин размешали до полного растворения и добавили 6 г хлорида аммония и 6 г нитрата натрия (оба этих вещества можно приобрести в любом химическом магазине), размешанных в 180 граммах воды. Солевой раствор для покрытия бумаги готов. Он пригоден в течение нескольких недель — пока не разложится содержащийся в нем желатин.

В качестве основы для нанесения раствора мы использовали плотную акварельную бумагу. Листы бумаги погружали на 30 секунд в ванночку с раствором солей. Необходимо следить за тем, чтобы на поверхности бумаги не остались воздушные пузырьки, поскольку впоследствии это приведет к неоднородности покрытия поверхности. Затем бумагу  тщательно просушили, избегая прикосновений к поверхности.

Сенсибилизацию бумаги провели раствором нитрата серебра, приготовленным следующим образом: в 30 мл дистиллированной воды, нагретой до температуры 38°С, растворили 4 г нитрата серебра. Раствор нитрата серебра требует предельно аккуратного отношения. Работать следует непременно в резиновых перчатках. В противном случае на руках останутся несмываемые в течение нескольких дней темно-коричневые пятна. Раствор нанесли кистью на приготовленную бумагу при свете лампы накаливания. Поскольку раствор прозрачен, то покрывать поверхность бумаги следует внимательно, не оставляя пустых мест. Для надежности мы нанесли два слоя раствора.

После просушивания — а очень важно, чтобы бумага была полностью сухая, — можно приступать к экспонированию. Печать проводилась контактным способом. Негатив уложили на бумагу и накрыли стеклом (еще лучше было бы использовать специальную рамку для контактной печати). Экспонирование на солнечном свету обычно продолжается от 3 до 10 минут в зависимости от интенсивности освещения и плотности негатива (в нашем случае время составило 8 минут). Очень быстро засвеченная бумага приобретала светло-коричневый цвет, но процесс еще продолжался. Время от времени мы проверяли степень засветки бумаги, перенося рамку в темное место и приподнимая негатив.

После появления на бумаге изображения требуемой плотности бумагу тщательно промыли проточной водой в течение нескольких минут, пока стекающая вода не стала абсолютно прозрачной. Следует отметить, что отпечаток несколько посветлел в процессе промывки и закрепления.

Затем проэкспонированную бумагу фиксировали в течение 10 минут в растворе тиосульфата натрия (можно попробовать использовать и обычный закрепитель для черно-белой фотобумаги). Данный раствор приготавливается следующим образом: в 500 мл воды, нагретой до температуры 32°С, добавляется 50 г тиосульфата натрия, и далее все охлаждается до температуры 20°С. После закрепления отпечатки в течение 10 минут промывали в холодной проточной воде.

Для повышения стойкости отпечатка к внешним условиям или, как сейчас говорят, для улучшения архивных качеств, а также для придания более теплого оттенка его можно тонировать раствором хлорида золота и тетрабората натрия. При этом менее стойкие молекулы серебра замещаются более стойкими молекулами золота.

2.2. Бессеребрянная фотография

        Серебро - драгоценный металл, нужный не только для фотографии. И поэтому исследователи искали такие светочувствительные вещества и системы, которые не содержали бы серебра. На этом пути есть удачные находки, но и полноценного заменителя пока не найдено. Мы испробовали различные рецепты бессеребрянной фотографии, но наиболее удачными на наш взгляд явились следующие:

1) Кружок фильтровальной бумаги опустили в раствор, содержащий по 20 мл 5% растворов красной кровяной соли, хлорида железа (III) и щавелевой кислоты. Пропитанную бумагу извлекли из раствора и высушили в темноте. Затем положили кальку с рисунком и засветили солнечным светом. Освещенные места станут темно-синими. Проявления не нужно, а для закрепления промыли бумагу водой.

2) В одном стакане растворили в 100 мл воды по 0,4 г хлорида железа (III) и щавелевой кислоты, в другом – 1,4 г хлорида меди в таком же количестве воды. Смешали 10 мл первого и 0,6 мл второго и высушили в темноте. Заготовили проявитель: 3,5 г медного купороса, 17 г сегнетовой соли, 5 г едкого натра на 100 мл воды и смешали с 25 мл 40% раствора формальдегида. Засветили бумагу на солнечном свете через кальку с рисунком. Изображение проявится после 15-минутной выдержки в проявителе и промывке в большом количестве воды.

Заключение

Современная фотография находит все большее применение в науке, технике и повседневной жизни. На начальных этапах невозможно было предугадать, сколь широки будут возможности использования фотографического метода. Благодаря фотографии человечество получает изображения элементарных частиц, составляющих атом, и изображения земного шара, Луны и других планет; изображения живой клетки и кристаллических решеток минералов, изучает процессы, протекающие за одну миллионную долю секунды, и процессы, длящиеся десятилетия. Несмотря на то, что цифровая фотография вытесняет аналоговую, мы думаем, что старая фотография не умрет. Рецепты старых фотомастеров будут жить в веках. И наша работа тому свидетельство.

Список литературы

1. Ольгин О. Опыты без взрывов-М.:Химия,1995

2. Бажак К. История фотографии. Возникновение изображения. М.:ООО «Издательство АСТ»:,2003

3. Химия и жизнь №5 1991 Гравюра без резца

4. С.Морозов Творческая фотография

5. В.Р.Ильченко Перекрестки физики, химии и биологии. М.: Просвещение-1986

6. А.В. Редько Основы черно-белых и цветных фотопроцессов. М.: «Искусство», 1990

Технология получения фотографического изображения

старинными методами

                                                                                             Гуревич Роман, Попов Денис,

                                                                              9 класс   МОУ Гимназия №1  

Стремление сохранить визуальную память об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях всегда было свойственно человеку. Скульпторы ваяли монументы, живописцы создавали картины. Однако это все было недоступно для широких масс. Ситуация изменилась лишь с появлением и развитием фотографии. Сейчас вряд ли можно найти человека, не имеющего хотя бы нескольких фотографических изображений. В архивах и семейных альбомах (а теперь и на лазерных дисках) хранится память нескольких поколений людей.

В данной работе рассматривается история развития фотографии и химические реакции, лежащие в основе фотографического процесса. В практической части работы получены фотографические изображения  методами, использовавшимися в XIX веке.

Объект исследования: химические процессы, лежавшие в основе фотографического процесса XIX века.

Методы исследования: лабораторные способы получения фотографического изображения по старинным технологиям.

Результаты работы: отработана технология получения фотографического изображения методом соляной печати, изготовлена бессеребряная фотография.