shkolakz.ru 1 2 3


Департамента Образования г. Москвы

Северное Окружное Управление Образования

ГБОУ Лицей № 1550


Проект выполнила: ученица класса 9-1

Локтионова Ольга,

тел.8(968)786-95-06


Проектно – исследовательская работа

по химии на тему:

«Химическая сущность фотографии»


Научный руководитель:

Зеленина Светлана Ивановна

Тел.: 8-926-354-62-87

Эл. Почта: cizelenina@mail.ru


Москва 2012-2013 г.

Содержание





Содержание


2

1.

Введение


3

2.

Тезисный план работы


4

3.

Основная часть

5

3.1.

История развития фотографии

5

3.2.

Виды фотографий

10

3.3.

Химические процессы, протекающие при фотографировании


12

4.

Практическая часть

19

4.1.

Устройство моего фотоаппарата. Как создавался мой фотоаппарат?


19

4.2.

Разработка рецептуры профессиональных проявителя и фиксажа

24

4.3.

Разработка рецептуры проявителя и фиксажа из материалов,

имеющихся на кухне

33

4.4.

Обработка пленки профессиональными растворами

36

4.5.

Обработка пленки растворами из материалов, имеющихся на кухне


38

5.

Заключение


40

6.

Приложения

42

6.1.

Изготовление камеры – обскуры

42

6.2.

Процесс химической обработки фотопленки разработанными профессиональными растворами

46

6.3.

Процесс химической обработки фотопленки разработанными растворами из материалов, имеющихся на кухне

49

6.4.

Фотографии, полученные в результате исследований

52








6.5.

Результаты социологического опроса учащихся лицея 1550


54

7.

Список использованной литературы

57












Введение.

Почти у каждого в наши дни есть фотоаппарат. Ежедневно мы запечатляем какие-то моменты нашей жизни на это чудо техники. Мы представить себе нашу жизнь без фотографии. Трудно поверить в то, что еще два века назад ее не было и такие важные области жизни общества, как журналистика, наука и искусство, обходились без ее участия. Двести лет в тысячелетней истории культуры - срок небольшой. Фотография еще не успела раскрыть всех творческих способностей. На самом деле, что же представляет из себя фотография? Сколько в них радости, чувства, силы и энергии. Разве можно встретить тоже самое в папочке на компьютере? Фотография - это не просто карточка на столе, это отдельный мир. В современном мире цифровых фотоаппаратов, к сожалению, понятие фотографии немного потеряло свой истинный смысл. Для многих фотография - это гигабайты папок на компьютере. И очень редко они печатаются. А смысл в этом? Ведь фотография отражает душу человека, снявшего её. Как из маленькой невзрачной плёнки получаются столь красочные фотографии? Задумывались ли вы, как работает фотоаппарат? Меня всегда интересовала фотография, и я хочу заняться этим вопросом.

Цель работы: изучить химический состав, сравнить и проанализировать различные виды фотоматериалов и реактивов, химических процессов применяемых в фотографии; создать действующую модель фотоаппарата.

Задачи исследования: проанализировать и систематизировать материал по фотографии из разных источников; показать взаимосвязь применения химических веществ в фотографии; изучить и сравнить различные виды фототехники и материалы, используемые для них, составить и сравнить результаты соц. опроса по фотографии; создать действующую модель фотоаппарата; разработать и практически опробовать растворы для обработки фотопленки, получить реальные фотографии.


Методы исследования: анализ и сравнения, а также создание действующей модели фотоаппарата.


Тезисный план работы.

I. Введение: цели, задачи, актуальность, методы исследования, применение работы.

II. Основная часть:

1)история развития фотографии

2) виды фотографий

а) чёрно-белая фотография

б) цветная фотография

в) цифровая фотография

3) хим. процессы в фотографии

а) экспонирование фотоматериала

б) проявление и фиксация негатива/позитива

в) альтернативные процессы и постобработка

4) хим. вещества, используемые в фотографии (таблица)

III. Практическая часть

Создание действующей модели фотоаппарата.

Разработка рецептуры профессиональных проявителя и закрепителя и их практическое применение.

Разработка рецептуры проявителя и закрепителя из материалов, имеющихся на кухне и их практическое применение.


IV. Заключение (подведение итогов).

1) где применяется данная работа?

2) для чего эта работа предназначена?

В качестве приложения к работе был проведен социологический опрос учащихся 8-11 классов лицея № 1550.

III.Основная часть


3.1.
История развития фотографии.

Путь к современной фотографии был непростым и довольно длительным. Еще в 1727 г. немецкий химик Шульце обнаружил чувствительность солей серебра к свету. Эти соли темнели на свету, а в темноте оставались без изменения. Уместно отметить, что за два года до Шульце сообщение о действии света на химические соединения было сделано русским государственным деятелем и дипломатом А.П. Бестужевым-Рюминым. В 1777 г. выдающийся шведский химик Шееле установил, что эффективность воздействия света на хлорид серебра AgCl зависит от длины волны. Для регистрации света он впервые использовал бумагу, на поверхность которой был нанесен хлорид серебра. Разложение хлорида серебра Шееле выразил схематическим уравнением:


2AgCl – [свет] → 2Ag + Cl2

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

AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl

Поскольку хлорид серебра удалялся, то дальнейшее действие света на материал прекращалось. К сожалению, этот способ фиксации изображения, как и способ получения изображения, был надолго оставлен без внимания.

Физик, профессор Галльского университета в Германии. В 1725 году, пытаясь приготовить светящееся вещество, он случайно смешал мел с азотной кислотой, в которой содержалось немного растворённого серебра. Он обратил внимание на то, что когда солнечный свет попадал на белую смесь, то она становилась тёмной, в то время как смесь, защищённая от солнечных лучей, совершенно не изменялась. Затем он провёл несколько экспериментов с буквами и фигурами, которые вырезал из бумаги и накладывал на бутылку с приготовленным раствором, — получались фотографические отпечатки на посеребрённом меле.

Профессор Шульце опубликовал полученные данные в 1727 году, но у него не было и мысли постараться сделать найденные подобным образом изображения постоянными. Он взбалтывал раствор в бутылке, и изображение пропадало. Этот эксперимент, тем не менее, дал толчок целой серии наблюдений, открытий и изобретений в химии, которые спустя немного более столетий привели к изобретению фотографии.


Первая фотография в мире, «Вид из окна», 1826

Первое закреплённое изображение было сделано в 1822 году французом Жозефом Нисефором Ньепсом, но оно не сохранилось до наших дней. Поэтому первой в истории фотографией считается снимок «вид из окна», полученный Ньепсом в 1826 году с помощью камеры-обскуры на оловянной пластинке, покрытой тонким слоем асфальта. Экспозиция длилась восемь часов при ярком солнечном свете. Достоинством метода Ньепса было то, что изображение получалось рельефным (после протравливания асфальта), и его легко можно было размножить в любом числе экземпляров.



Первый калотипный снимок Тальбота, 1835г.

Тальбот получил первый в мире негатив. Приложив к нему светочувствительный фильтр.

В 1839 году француз Луи Жак Манде Дагер(опубликовал способ получения изображения на медной пластине, покрытой серебром. После тридцатиминутного экспонирования Дагер перенёс пластину в тёмную комнату, и какое-то время держал её над парами нагретой ртути. В качестве закрепителя изображения Дагер использовал поваренную соль. Снимок получился довольно высокого качества — хорошо проработанные детали, как в светах, так и в тенях, однако копирование снимка было невозможно. Свой способ получения фотографического изображения Дагер назвал дагеротипия. Его сущность заключается в следующем: отполированную серебряную пластинку вносили в пары йода. В результате на ее поверхности появлялся слой иодида серебра в соответствии с уравнением:

2Ag + I2 = 2AgI

Пластинку экспонировали в камере-обскуре – прототипе фотографического аппарата (Камера-обскура по-лат. означает – темная комната.)



Первый снимок Дагера – натюрморт из произведений живописи и скульптуры, 1837г

В результате длительного экспонирования на пластинке получалось слабое изображение (скрытое изображение), создаваемое атомами металлического серебра:

2AgI → 2Ag + I2

Затем пластинка помещалась в темную камеру, содержащую пары ртути. Ртуть взаимодействует с металлическим серебром с образованием сплава – амальгамы серебра. Таким путем происходит усиление изображения за счет увеличения массы, т.е. происходит проявление скрытого изображения. Поскольку на поверхности пластинки оставалось много AgI, то она продолжала оставаться светочувствительной. Чтобы «закрепить» изображение, нужно удалить с поверхности иодид серебра. Дагер использовал для этой цели теплый раствор NaCl. При обработке этим раствором пластинки происходила реакция:

AgI + NaCl = Na[AgICl]

В этой реакции иодид серебра растворялся и удалялся с поверхности пластинки. В 1839 г. для закрепления изображения стал применяться раствор тиосульфата натрия Na2S2O3. Он гораздо с большей скоростью удалял с поверхности иодид серебра. В этом случае реакция протекала в соответствии с уравнением:

AgI + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaI

Тиосульфат натрия в качестве закрепителя (фиксажа) используют и в настоящее время. Таким образом, в фотографии имеются следующие стадии: 1) экспонирование фотоматериала на свету и появление скрытого (первичного) изображения

2) проявление скрытого изображения, т.е. его усиление до видимого

3) закрепление (фиксаж) изображения.

Применение в фотографическом процессе солей серебра, нанесенных на бумагу, связано с именем англичанина Талбота. Он осуществлял это пропиткой листа бумаги раствором AgNO3 с последующим погружением его в раствор NaCl. В результате на бумаге протекала обменная реакция

AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3


Талбот использовал такой лист в камере обскура, но фотографии получались худшего качества, чем на пластинке серебра, обработанной парами йода. Однако важно то, что с именем Талбота связано изобретение негативно-позитивного процесса в фотографии. Он начал изготавливать копии фотографий, приводя в контакт первоначальный отпечаток (негатив) с другим таким же листом бумаги с последующим облучением светом, проявлением и закреплением изображения. Качество позитивных изображений было очень низким, так как лист бумаги малопрозрачен и на позитиве пропечатывалась структура бумаги-подложки. Совершенно естественным было стремление заменить непрозрачную бумагу прозрачным материалом. Это удалось сделать французу Ньепсу. В 1847 г. он применил стекло, на которое наносился слой альбумина, включающий светочувствительное вещество (соль серебра). Для изготовления фоточувствительного материала готовили раствор KI в яичном белке (сбиванием и отстаиванием), которым поливали стеклянные пластинки и слой высушивали. Перед экспонированием пластинку погружали в раствор нитрата серебра NaNO3, затем вновь высушивали. Негативы, получаемые на таких пластинках, были довольно высокого качества и хорошо передавали детали оригинала при изготовлении позитивов.Несколько позднее англичанин Скотт-Арчер разработал способ изготовления коллоидных фотоматериалов, в котором на стеклянную пластинку наносили слой эмульсии из коллоксилина (эфира целлюлозы) и азотной кислоты примерного состава [C6H7O2(ONO2)3]n в смеси со спиртом, в которую вводились растворимые в спирте бромид и иодид натрия. После частичного испарения растворителя пластинка также помещалась в раствор AgNO3 и в результате в слое эмульсии образовывался однородный слой, содержащий смесь мелкодисперсных светочувствительных кристаллов бромида и иодида серебра.

Термин «фотография» происходит от греческих слов фото – свет и графо – пишу. Таким образом, фотография в переводе на русский язык дословно означает светопись. В современном широком смысле фотография – это регистрация изображения на специальном материале (бумаге, пленке, пластинке).




Первый фотоаппарат в мире. Француза Ньепса.1826.


    1. Виды фотографий.

Чёрно-белая фотография — исторически первый вид фотографии. После появления цветной, а затем и цифровой фотографии, чёрно-белые снимки сохранили свою популярность. Зачастую цветные фотографии преобразуются в чёрно-белые для получения художественного эффекта.



Чёрно-белая фотография Цветная фотография

Цветная фотография появилась в середине XIX века. Первый устойчивый цветной фотоснимок был сделан в 1861 году Джеймсом Максвеллом по методу трехцветной фотографии (метод цветоделения).

В основу цветной фотографии положены трехслойное построение пленки и субтрактивный метод получения цветоделительного изображения, основанный на вычитании из белого цвета определенных количеств синих, зелёных и красных лучей.

Каждый из эмульсионных слоев трехслойного цветоделительного материала, содержащий галоидное серебро, чувствителен к лучам определенной зоны спектра и служит для получения одного из трех цветоделительных изображений.



Первая цветная фотография. Джеймс Максвелл 1861г.

Для получения цветного снимка использовались три фотокамеры с установленными на них цветными светофильтрами (красным, зелёным и синим). Получившиеся снимки позволяли воссоздать при проекции (а позднее, и в печати) цветное изображение.


Вторым важнейшим шагом в развитии метода трехцветной фотографии стало открытие в 1873 г. немецким фотохимиком Германом Вильгельмом Фогелем сенсибилизаторов, т.е. веществ, способных повышать чувствительность серебряных соединений к лучам различной длины волны. Фогелю удалось получить состав, чувствительный к зелёному участку спектра.

Практическое применение трехцветной фотографии стало возможным после того, как ученик Фогеля, немецкий ученый Адольф Мите разработал сенсибилизаторы, делающие фотопластину чувствительной к другим участкам спектра. Он также сконструировал фотокамеру для трехцветной съемки и трехлучевой проектор для показа полученных цветных снимков. Это оборудование в действии впервые было продемонстрировано Адольфом Мите в Берлине в 1902 г.

Большой вклад в дальнейшее совершенствование метода трехцветной фотографии внёс ученик Адольфа Мите Сергей Прокудин-Горский, разработавший технологии, позволяющие уменьшить выдержку и увеличить возможности тиражирования снимка. Прокудин-Горский также открыл в 1905г. свой рецепт сенсибилизатора, создававшего максимальную чувствительность к красно-оранжевому участку спектра, превзойдя в этом отношении А.Мите.

Наряду с методом цветоделения с начала ХХ века стали активно развиваться и другие процессы (методы) цветной фотографии. В частности, в 1907 году были запатентованы и поступили в свободную продажу фотопластины «Автохром» Братьев Люмьер, позволяющие относительно легко получать цветные фотографии. Несмотря на многочисленные недостатки (быстрое выцветание красок, хрупкость пластин, зернистость изображения), метод быстро завоевал популярность и до 1935 г. в мире было произведено 50 млн. автохромных пластинок.

Альтернативы этой технологии появились только в 1930-х годах: Agfacolor в 1932 году, Kodachrome в 1935, Polaroid в 1963.

В зависимости от принципа работы светочувствительного материала фотографию принято делить на три больших подраздела:

  • Плёночная фотография — основана на фотоматериалах, в которых происходят фотохимические процессы.


  • Электрографические и иные процессы, в которых не происходит химических реакций, но происходит перенос вещества, образующего изображение. Специального общего названия для этого раздела не выработано, до появления цифровой фотографии часто употреблялся термин «бессеребряная фотография».

Цифровая фотография : в процессе получения и сохранения изображения происходят перемещения электрических зарядов (обычно в результате фотоэффекта), но не происходит химических реакций или перемещения вещества. Правильнее было бы называть такую фотографию электронной, так как в ряде устройств, традиционно относимых к «цифровым», происходят аналоговые процессы.

Цифровая фотография относительно молодая, но популярная технология, зародившаяся в 1981 году, когда компания Sony выпустила на рынок камеру Sony Mavica.

Химические в-ва.

Ч/б фото

Цветное фото

Цифровое фото

Метол.










Натрий углекислый.










Гидрохинон.










Калий бромистый.








Кислота серная










Вода













    1. Химические процессы, протекающие при фотографировании.

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 желатина. Многие ученые считают, что первой стадией фотолиза является отрыв электрона от галогенидного иона с образованием атома галогена: Br – – e → Br. Электрон перемещается по микрокристаллу и попадает в потенциальную энергетическую яму («ловушку»). 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+ + nenAg

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. Размер центров скрытого изображения оценивается в 10–7...10–8 см, т.е. он лежит за пределами возможностей оптического разрешения приборов.


Сущность проявления (визуализации) скрытого изображения сводится к химическому восстановлению галогенидов серебра на освещенных участках фотоматериала

AgBr + e → Ag + Br –

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 усиление скрытого изображения происходит в 105...1011 раз.

Фотографический проявитель – многокомпонентная смесь. Она содержит химический восстановитель; вещество, создающее щелочную реакцию раствора (Na2CO3, K2CO3, Na2B4O7, NaOH и др.); вещество, предохраняющее восстановитель от быстрого окисления кислородом воздуха (обычно Na2SO3); вещество, устраняющее вуаль (чаще всего KBr). Проявитель растворяют в воде. Среди химических восстановителей в проявителе чаще всего используют гидрохинон:

В водном растворе он ступенчато диссоциирует как кислота.

Наличие в проявителе веществ щелочного характера способствует смещению этих равновесий вправо. При отрыве от иона C6H4O22– двух электронов получается хинон:

Он реагирует с сульфитом натрия, образуя соль моносульфопроизводного.

Моносульфогидрохинон способен также восстанавливать галогениды серебра с образованием моносульфохинона.

Последний уже не способен восстанавливать галогениды серебра.

Таким образом, суммарный процесс химического проявления галогенсеребряных фотоматериалов гидрохиноном описывается уравнением

Из процесса видно, что одна молекула гидрохинона в присутствии сульфита натрия способна восстанавливать четыре атома серебра. Кроме того, происходит расходование сульфита натрия и щелочи. В результате работы проявитель истощается и требует замены на свежий.


Как уже было отмечено, после проявления изображения следует стадия его закрепления (фиксирования). Для этого необходимо удалить с фотоматериала незасвеченные и потому не восстановленные 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 (например, NaBr) в растворимое комплексное соединение Na3[Ag(S2O3)2] в соответствии с уравнением:

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

После обработки фиксажным раствором фотоматериал 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 по уравнению:

2NaAgS2O3 + 2H2О = Ag2S + H2S + 2NaHSO4

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

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

Амбротипия — фотографический процесс, изобретённый в середине 1850-х Фредериком Скоттом Арчером. Вариант коллодионного процесса. В результате этого процесса получается стеклянный негатив, который выглядит как позитив, когда накладывается на чёрный фон.


На одну сторону тщательно вымытой стеклянной пластинки наносится тонкий слой коллодия, затем пластинка погружается в раствор нитрата серебра. Далее, пока пластина не высохла, она экспонируется. Время экспозиции варьируется от пяти до шестидесяти секунд или больше, в зависимости от яркости объекта съёмки. Далее пластина проявляется и фиксируется. Полученный негатив, при просмотре в отражённом свете на фоне тёмной поверхности, выглядит как позитивное изображение: чистые области выглядят тёмными, а экспонированные, непрозрачные области — светлыми. Такой эффект достигается закрашиванием одной стороны тёмной краской. Закрашивать можно любую сторону. В одном случае, закрашивание чистой стороны придаёт изображению дополнительную глубину за счёт толщины стекла, с другой стороны, закрашивание эмульсии придаёт ей механическую прочность.

Амбротипия оказалась более технологичной, чем дагеротипия, недостатком которой была необходимость в наличии отполированной металлической пластины. В конце 1850-х амбротипия обошла дагеротипию по популярности, но в середине 1860-х также была вытеснена более прогрессивными методами — тинтайпом и другими процессами.

Амбротипные фотографии часто ретушировались вручную. В неретушированном виде они были серо-белыми и уступали дагеротипам по яркости и контрастности.

Колло́дий — 4% раствор нитроцеллюлозы в эфире, иногда с добавлением спирта (обычно в соотношении 7:1). Представляет собой бесцветную или слегка желтоватую, прозрачную жидкость.

Использовался в качестве фотоэмульсии в некоторых ранних фотографических процессах, как перевязочный материал при ранениях и в других медицинских целях. Огнеопасен.

Тинтайп или Ферротипия — фотографический процесс, разработанный в США в XIX веке. Он заменил амбротипию к концу Гражданской Войны и стал самым распространенным фотографическим процессом вплоть до введения современных «пленочных» процессов. Ферротипия продолжала использоваться до середины 1950-х годов.


Ферротипия является небольшим усовершенствованием амбротипии, где стеклянная пластина заменена на лист железа или олова, покрытый черной эмалью. Новые материалы позволили заметно снизить стоимость производства снимка, а также значительно увеличили срок хранения благодаря лаку на металлической поверхности. Как и в амбротипии, изображение получается негативным, но может выглядеть и как позитивное при наложении на темную поверхность.

Фотолитогра́фия — метод получения рисунка на тонкой плёнке материала, широко используется в микроэлектронике и в полиграфии. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.

Для получения рисунка используется свет определённой длины волны. Минимальный размер деталей рисунка — половина длины волны (определяется дифракционным пределом).

Фоторезист — специальный материал, который изменяет свои физико-химические свойства при облучении светом.

Фотошаблон — пластина, прозрачная для используемого в данном процессе электромагнитного излучения, с рисунком, выполненным непрозрачным для используемого излучения красителем.

Процесс фотолитографии происходит так:

На толстую подложку (в микроэлектронике часто используют кремний) наносят тонкий слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На этот слой наносится фоторезист.

Производится экспонирование через фотошаблон (контактным или проекционным методом).

Облучённые участки фоторезиста изменяют свою растворимость и их можно удалить химическим способом (процесс травления). Освобождённые от фоторезиста участки тоже удаляются.

Заключительная стадия — удаление остатков фоторезиста.

Если после экспонирования становятся растворимыми засвеченные области фоторезиста, то процесс фотолитографии называется негативным. Иначе — позитивным.



следующая страница >>