Как работает аналоговая фотография не для самых маленьких

Статей о том, как устроена и работает фотопленка достаточно много. Они не то чтоб плохи, но поверхностны. Это не мешает давать какое-то базовое понимание, но все же всеобъемлещего и простого описания я еще не встречал, что и постараюсь исправить. Стоит предупредить, что статья хоть и технически сложная, но все еще с сильными упрощениями, чтоб оставаться научно-популярной. Для самых упертых будет список полезной литературы в конце.

И еще небольшое вступление – все здесь описанное вряд ли напрямую повлияет на техническую сторону ваших фотографий, знать как все это работает на практике не обязательно. Что может быть действительно важно, так это понимание того, что фотография работает строго в плоскости физико-химических процессов. Ей абсолютно безразлично то, чего вы ожидаете или хотите от нее. Поэтому чтоб получать ожидаемый результат необходимо знать и подстраиваться под существующие законы.

Начинать рассказывать стоит с базового свойства, на котором построена вся аналоговая фотография. Свойство, которое позволяет фиксировать свет и его интенсивность. Это свойство серебра реагировать на попадающий на него свет. На самом деле не совсем серебра, а его соединений – галогенидов серебра. Галогенидами называют соединения галогенов с другими химическими элементами. В дальнейшем для простоты галогениды серебра я буду называть просто галогенидами. Упомяну, что галогениды серебра далеко не единственные способны фиксировать свет. Есть еще несколько бессеребрянных связей, которые пригодны для фотографии, но обсуждаться они не будут.

Минимально о строении фотоматериалов

Все серебрянные фотоматериалы это эмульсия, представляющая из себя взвесь галогенидов серебра в желатине, нанесенная на основу. В качестве основы в случае фотопленки выступает гибкая пленка, в случае фотобумаги соответственно бумага. Для полива эмульсии может быть выбран любой материал, например металлические или стеклянные пластины. Галогенов, следовательно и галогенидов серебра существует несколько. В поле фотографии нас будут интересовать следующие: бромид серебра AgBr, йодид серебра AgI, хлорид серебра AgCl. Количественное преимущество в фотопленках за AgBr с небольшими примесями других галогенидов. В общем смысле галогены могут быть указаны как Hal, галогениды серебра как AgHal. Частицы серебра в галогенной связи имеют положительный заряд, то есть являются ионами(атомы и молекулы имеющие заряд называются ионами). Галогены в связи имеют отрицательный заряд. Разность зарядов образует в простейшем случае кубическую кристаллическую решетку.

Причем значение зарядов в связи заслуживает небольшого уточнения, так Ag+ отличается от металической формы Ag0 лишь положительным зарядом. А в случае наичаще встречающегося галогена Br- он отличается от летучего галогена, который спокойно может в виде газа покинуть пределы решетки, своим отрицательным зарядом. То есть изменение заряда в Ag+ до Ag0 и Br- до Br0 выводит галоген из структуры кристала и образует молекулу стабильного металического серебра.

Интересно так же то, что правильная форма кристалической решетки на практике не выгодна. Можно представить это как упорядоченую колоду карт в случае идеальной решетки или карточного домика в случае в меру хаотичной структуры, обладающей большей потенциальной энергий. Карточный домик сможет зафиксировать дуновение ветра намного лучше, чем колода карт. Так и более хаотичная и неупорядоченная структура, с нарушениями и сдвигами обладает намного большей чувствительностью. Как правило самыми активным участками в образовании изображения будут края кристаллов( обладающие самыми выражеными дефектами – разрывами кристалической решетки).

Экспонирование пленки

Экспонированием называется воздействие излучением на фотоматериал. То есть то, что происходит при открытии затвора, когда свет попадает в частном случае на фотопленку.

При попадании достаточного количества света на фотоматериал связь галогенида разрушается. Под воздействием кванта света галоген высвобождает свободный электрон ( отрицательный заряд), сама молекула галогена начинает свободное плаванье, не ограниченое кристаллом. Свободный электрон активно перемещается по кристалической решетке из-за наличия кругом воздействующих на него полей и чаще всего оказывается на поверхности кристалла. Именно на поверхности потому что это как правило самая деформированная часть структуры, в которой встречаются участки, которые называются потенциальными ямами, в которых воздействие окружающих сил расположено так, что выйти за границы ямы электрону крайне сложно. В то же самое время ион серебра Ag+ перемещается по решетке и может попасть в ту же самую яму с все тем же электроном, получить нехватающий заряд и стать Ag0.

К сожалению, даже переход в метализированное серебро и нахождения в яме на краю кристалла не гарантирует того, что молекула серебра останется там и в таком же состоянии.

Например одиночная молекула скорее всего покинет эту яму сверхбыстро. Но пара таких молекул станут стабильней в разы, причем чем больше их будет, тем стабильней и дольше они там будут находиться. Недостаточностью одной молекулы для сохранения своего положения объясняется Закон Шварцшильда. Если коротко, то это история о том, что экспозиции не всегда пропорциональны(время/интенсивность) и при малой активности света время экспозиции увеличивается непропорционально ( то есть например для экспопары f8.0-1/2s экспопара f11-1s хоть и количественно дает то же освещение, но фиксироваться будет меньше).

Под воздействием слабого света происходит так мало реакций и на таком длинном для молекулы промежутке времени, что одиночные молекулы серебра на краях покидают свои места так и не дождавшись второй молекулы, которая позволила бы им остаться там дольше. Поэтому экспозиция увеличивается, чтоб увеличить шанс на попадание двух молекул серебра в одну яму и так далее. Чуть подробнее о самом эффекте и как с ним подружиться можете прочитать в статье о законе Шварцшильда на практике .

И это еще не все. Даже стабильная группа молекул постепенно уйдет из своих позиций с течением времени . Этим объясняется такое свойство как фоторегрессия, то есть деградация, потеря непроявленного изображения. Поэтому производители пленки рекомендуют проявлять свои фотопленки как можно быстрее, а давнопроэкспонированные пленки дают неудовлетворительный или никакой результат.

Группы частиц серебра, перешедшие в металлизированную форму под действием света называют центрами скрытого изображения. А сформированное такими группами изображение скрытым изображением.

Скрытым изображение называют потому что оно не наблюдается визуально и далеко не каждое точное оборудование способно зафиксировать его наличие. Зато при проявке его можно “усилить”.

Вообще при достаточной интенсивности и продолжительности излучения изображение может стать вполне различимо и без проявки. Этот процесс называется самопроявлением, но время экспозиции может занимать часы и дни, поэтому практического применения это свойство не нашло.

Передача тонов, сенсибилизация

Когда мы говорим о фотографии, то думаем о свете и цвете, о том, что мы видим. Но галогенидам абсолютно все равно, что видите вы. Они просто реагируют на свет в определенном спектре. И диапозон этого спектра довольно сильно отличается от того, который воспринимаем мы. В чистом виде(AgBr) эта связь более чувствительна к синему спектру, почти теряя чувствительность в красном. То есть простейшая эмульсия на портрете отобразит губы абсолютно черными, потому что на свет в красном спектре почти не реагирует.

Очевидно, что такая разница нашего восприятия и фотопленки никого не устроила. С момента открытия фотографии ученые пытались расширить границы видимости фотоматериалов.

Из школьной физики можно вспомнить, что цвет материала не что иное, как свойство его поверхности отражать излучение в одном спектре и поглощать в другом. То есть красный краситель отражает красное излучение и поглощает весь другой спектр ( скорее всего это и есть причина такой невосприимчивости эмульсий с AgBr к красному, ведь бром имеет красную окраску).

Собственно на способности принимать излучение определенных спектров и была придумана сенсибилизация. В эмульсию вводился краситель( или смеси галогенидов отличных от AgBr), который поглощал энергию света в красном, слабореагирующим с галогенидом, свете и передавал энергию уже соседнему галогениду, разрушая связь.

Таким образом галогенид был все так же нечувствителен к красному свету, но получал энергию для освобождения от красителя, который сам по себе не способен фиксировать свет, но успешно справлялся с передачей заряда. Комбинацией множества различных добавок получилось сделать эмульсию намного более приближенной к спектру, видимому человеческим глазом. А еще сделала возможной цветную фотографию, о чем позже.

Проявление

В чем суть проявления? Это то самое усиление скрытого изображения в наблюдаемое визуально. Необходимо микрокристаллы, в которых уже присутствуют центры скрытого изображения перевести в крупные фрагменты серебра, сформирующие изображение. Переданная энергия проявителя будет использована для разрыва галогенных связей и формирования уже значительного количества металлического серебра, которое сформирует изображение-плотность вокруг центров скрытого изображения. Сами проявители как правило представляют расстворы-восстановители, то есть содержашие значительное количество ионов с отрицательными зарядами.

Наиважнейшим свойством для проявителя будет его избирательность. Получить из галогенов серебра металлическое серебро крайне просто ( ввод электронов, то есть раствора-восстановителя). Другое дело получить серебро именно там, куда при экспозиции свет попадал и сохранить пропорциональность между экспонированными участками. То есть проявитель не должен работать с неэкспонированными участками, а взаимодействовать в первую очередь только с кристалами, в которых присутствуют центры скрытого изображения и делать это пропорционально их количеству. То есть более освещенный участок набирает плотность быстрее, чем менее освещенный. Не смотря на то, что проявители не должны работать с неэкспонированными участками с течением времени это все же начинает происходить. А еще если долго обрабатывать пленку даже слабоосвещенный участок может набрать почти такую же плотность, как очень освещенный. Поэтому пленка обрабатывается строго определенным образом в течение точного времени. Важна и температура проявителя – при повышенных температурах все процессы происходят намного быстрее. Время перемешивания и характер перемешивания растворов ( агитация ) так же имеют значение. Ну и конечно сам проявитель, каждый из которых имеет свой особенный характер работы и активность ( а еще часто разведение). Например digitaltruth подскажет вам 130+ проявителей, причем любой долго занимающийся проявкой человек докинет с ходу пяток проявителей, которых в списке нет. Все это приводит к тому, что никакого процесса d76 нет, есть сотни пленок и сотни проявителей при разных темературах и агитации, образующие миллионы комбинаций времени и разведения. Самый точный способ узнать время проявления для имеющийся у вас пленки в нужном проявителе – сделать тесты.

Вообще формирование стабильного изображения из скрытого мы рассмотрели. Будет правильней бегло упомянуть фиксирование.

Дело в том, что на пленке после проявки будет сформировано итоговое изображение, а все неэкспонированные участки останутся в виде непрозрачного галогенида. Который под воздействием света со временем самопроявится и изображение будет утеряно. Процесс фиксирования заключается в переводе нерастворимого в воде галогенида в растворимые соли. Процесс как по мне в данной статье не заслуживает особо внимания, как не участвующий в непосредственном формировании изображения.

Надеюсь, что вы смогли понять все произошедшее и теперь сможете с чуть большим пониманием обрабатывать свои пленки. Ну или просто понять что же там на самом деле происходит внутри.

И еще раз вернусь к тому, что данный текст изобилует сильными упрощениями, для тех, кому информация оказалась поверхностной с удовольствием прикладываю литературу с более подробным и научным подходом.

Картужанский А.Л., Красный-Адмони Л.В / Химия и физика фотографических процессов, Брагинский Г.И., Кудрна С.Н. / Технология основы кинофотоматериалов и магнитных лент.