Фотография представляет собою один из чрезвычайно ярких примеров развития отдела чистой науки в отрасль техники, широко примененной в обыденной жизни. Две науки — физика и химия — счастливо сложили свои усилия, чтобы рука об руку разработать методы получения изображений сперва на металле, на стекле, затем и на бумаге. Первые шаги были трудны и сложны, но вскоре горизонт прояснился, пути исследования наметились для обоих наук, и усовершенствование методов пошло гигантскими шагами и с тех пор все время идет вперед: химики неизменно совершенствуют пластинки, бумагу и процесс; физики — оптику и аппаратуру, не считая сопредельных вопросов, в которые неизвестно — физика или химия вносит больше.
Всякому сознательно работающему фотографу небесполезно знать те законы, которые лежат в основе фотографических процессов, так как только понимание сути дела дает возможность совершенствоваться.
Отдел "ОСНОВЫ ФОТОГРАФИИ" имеет целью в нескольких очерках дать нащим читателям представление о физико-химических основах фотографии, так как редакция исповедует убеждение, что только знание теоретической стороны может выработать настоящего и знающего практика фотографии.
САМЫМ важным элементом фотографии является фотографическая пластинка. Об'ектив только отбрасывает на нее изображение фотографируемого предмета с необходимой степенью резкости и в нужном масштабе, — пластинка же воспринимает это изображение сперва в скрытом виде, затем — путем проявления — в явном, и таким образом оно остается для пользования — конечная цель фотографии.
Действие света на фотографическую пластинку относится к "фото-химическим реакциям". Химические изменения вещества, его соединения и разложения могут происходить при самых разнообразных обстоятельствах: при смешении веществ, в присутствии третьих веществ (катализаторов), при прохождении тока и т. д., но мы знаем, что всякое химическое изменение вещества требует затраты энергии, взятой или изнутри, или извне, энергии тепловой, электрической или световой.
Всякие химические реакции, которые происходят под влиянием света или ускоряются под его действием, носят название фото-химических. Примеров таких реакций в жизни очень много: соединение хлора с водородом, процессы в хлорофилле растений — все это происходит под влиянием освещения. Но не во всех случаях свет производит химические действия, чаще всего тела только поглощают лучи, обращая световую энергию в энергию тепловую, не сопровождая это поглощение никакими химическими изменениями. Зато нет таких световых лучей из семи цветов спектра, которые не были бы способны к химическим реакциям: синие и фиолетовые лучи влияют на соединение хлора с водородом, закись ртути переходит в окись под влиянием красных лучей, и т. д.
Фото-химический процесс происходит только тогда, когда имеется налицо способность поглощать энергию света веществом. Если хлор и водород соединяются под влиянием синих и фиолетовых лучей — значит, лучи эти поглощены смесью этих газов: всякая реакция требует энергии — в этом случае она заимствована у синих и фиолетовых лучей, иначе процесс не произошел бы, или произошел — как это в некоторых случаях бывает — при поглощении энергии какого-нибудь другого вида. Что поглощение необходимо для реакции, фотографы могут увидеть и из такого профессионального примера: чтобы очувствить пластинку к красным, зеленым или желтым лучам, ее насыщают краской, поглощающей эти лучи; тогда они и производят фото-химическую реакцию, пластинка делается к ним чувствительной, в то время как до очувствления ни красные, ни желтые, ни зеленые лучи на нее не действовали и никаких химических изменений в ней не производили. Свет не только способствует соединению веществ, но и их разложению, при чем случается, что разложенные соединения по прекращении действия света снова соединяются. Иногда, в фотографической практике, например, эта способность снова соединяться уже разложенных светом соединений замедляет действие света, и приходится позаботиться о том, чтобы одно из разложенных веществ соединялось с каким-нибудь добавленным третьим и не возвращалось к прежнему состоянию, чтобы процесс светового разложения действовал не без конца, а закончился бы, когда все вещество будет разложено.
Чем ярче свет, тем скорее протекает химический процесс, и чем дольше действует свет, тем больше вещества соединяется или разлагается, т.-е. фото-химическая реакция пропорциональна времени и количеству поглощенной энергии.
В фотографических процессах веществом, на которое действует свет, являются соли серебра: хлористое, бромистое, йодистое и азотно-кислое серебро, вводимое в желатину, покрывающую стекло пластинок. Наши обычные пластинки содержат бромистое серебро. Хорошего качества желатина распускается в растворе бромистого калия (химически KBr) и обрабатывается азотно-кислым серебром (AgNO3) — получается химическая реакция (не фото-химическая), при которой серебро и бром соединяются в одну молекулу (KBr + AgNO3 = KNO3 + +AgBr), наполняя желатину смесью бромистого серебра и азотно-кислого калия. Такая "эмульсия", однако, очень мало чувствительна; чтобы чувствительность ее увеличить, ей дают "созреть", нагревая. Чем выше температура нагревания, тем скорее эмульсия зреет, при чем зерна увеличиваются в об'еме, примерно, от 0.008 мм до 0.03 мм. Чувствительность пластинок и зависит от величины зерен, то-есть от момента, когда процесс созревания приостановлен. После созревания, эмульсию отмывают от KNO3 и обливают ею стекла.
Этот процесс у разных фабрик несколько видоизменяется, но в обших чертах он именно таков.
Готовая пластинка, содержащая в слое желатины бромистое серебро (эмульсия), обладает одним замечательным свойством, в сущности, до сих пор еще не разгаданным, но на котором основана вся фотография. Только в местах, подвергшихся действию света (и ничем внешне не изменившихся), бромистое серебро при некотором химическом воздействии переходит в серебро металлическое; места, предварительно не освещенные, не обладают таким свойством или обладают им в очень малой степени При этом количество металлического серебра (непрозрачного), образующегося в желатине, тем больше, чем дольше действовал в этом месте свет или чем ярче было освещение, то-есть образование "скрытого изображения", которое затем "проявится", подчиняется тем законам фото-химических процессов, о которых сказано выше.
Таким образом, при проявлении, сущность которого мы рассмотрим, бромистое серебро в местах пластинки, не подвергшихся освещению, не обратится в металлическое, пластинка останется прозрачной. Освещенные места окажутся заполненными металлом — будут непрозрачны; но так как количество металлического серебра пропорционально яркости света, то мы получим промежуточные степени прозрачности — градации негатива; все это при печатании на бумаге даст, как известно, обратное соотношение в силу чисто механической задержки света в наименее прозрачных местах негатива и свободного его прохождения в прозрачных его частях.
Итак, допустим, что на пластинку через об'ектив камеры упал свет — уменьшенное оптической системой изображение фотографируемого об'екта. Вынув пластинку при красном освещении, вы не увидите на ней никаких изменений, а, между тем, химическое действие свет оказал: те лучи, которые поглощены (главным образом, синие и фиолетовые), произвели какие-то изменения в бромистом серебре; в последующем процессе его молекулы (те, которые подвергались освещению) будут обладать способностью разложиться на чистое серебро и бром, — способностью, которою до осрещения не обладали; до проявления пластинка ревниво хранит "скрытое изображение".
Опускаем пластинку в проявитель. В чем же заключается его роль? Растворы, которые мы называем проявителями, помогают серебру, находящемуся в соединении с бромом, "восстановиться" в металлическое; не затронутое светом серебро отчасти растворяется, насыщая проявитель. И вот тут происходит вторая часть процесса проявления, мало исследованная и весьма замечательная: серебро из раствора начинает отлагаться вокруг восстановленного серебра эмульсии. Этот вопрос в высшей степени важен: серебра, восстановленного под влиянием света, недостаточно для выработки негатива — он остался бы слишком прозрачным (как в ферротипии), и пресыщенный в отношении серебра раствор проявителя восполняет этот недостаток — негатив получается достаточно густым. В то же время щелочи, всегда присутствующие в проявителе, нейтрализуют получающиеся кислые реакции, которые иначе мешали бы процессу; остающийся бром также соединяется со щелочью, образуя бромистый калий или бромистый натрий, в зависимости от того, какая щелочь употреблена в проявителе. При слишком продолжительном действии проявителя может начать восстанавливаться в металлическое и неосвещенное серебро, и тогда образуется вуаль. По мере работы проявитель ослабляется, вследствие увеличения в нем продуктов кислой реакции и растворимых солей брома. Увеличение щелочи ведет к его усилению, так как быстрее удаляются продукты окисления, которые замедляют процесс.
Фиксирование следует за проявлением. Его цель — удалить невосстановленное бромистое серебро из эмульсии. Надо найти такую реакцию, которая давала бы в соединении с AgBr легко растворимую, удалимую соль. В этом отношении гипосульфит (серноватисто-кислый натр Na2S2O3) представляет из себя идеальный реактив. Он дает следующую реакцию:
т.-е. бромистое серебро плюс раствор гипосульфита образуют легко растворимые в воде соли, которые и удаляются последующим промыванием. Но при зтом необходимо, во-первых, чтобы гипосульфита было в растворе достаточно (до 30%), и чтобы пластинки лежали в нем не менее 10—15 минут: тогда эти растворимые соли успеют полностью образоваться.
Очень важная характеристика пластинки — ее чувствительность. Если мы будем освещать пластинку источником света все увеличивающейся яркости, то заметим, что в начале — при яркости минимальной — пластинка совсем не реагирует, не чернеет. С некоторого момента почернение начнется и будет расти очень медленно в начале, а затем быстрее, и, наконец, установится режим, при котором почернение будет итти почти пропорционально увеличению яркости.
Первый период называется "порогом чувствительности", то-есть при некотором слабом освещении (или быстром), до некоторого предела — пластинка совсем нечувствительна. После того, как действующее освещение перейдет этот порог чувствительности, начинается второй период — период "недодержек". Затем идет период "нормальной экспозиции", когда кривая почернения идет правильно вверх. Затем наступает период "передержек", когда увеличение количества света (или экспозиции) не вызывает значительных изменений почернения. После этого периода наступает критическая точка, когда дальнейшее освещение не только перестает влечь за собою увеличение почернения негатива, а, наоборот, вызывает уменьшение его, вызывает явление "соляризации" — негатив слабеет с увеличением освещения все больше и больше, почернение доходит до минимума, пластинка почти освобождается от почернения, а затем, если освещение продолжается, снова начинает чернеть и восстанавливать изображение. Таким образом, при значительных передержках можно получить недодержанный негатив. Автору этих строк случилось получить соляризованный негатив при снимках молнии: одна ветвь молнии получилась нормально белой на темном небе, а другая, яркость которой для данной пластинки оказалась выше предельной, получилась чернее неба (см. рис.).
Грубо говоря, чувствительность пластинки можно характеризовать порогом ее чувствительности: чем раньше начнется изображение, чем ниже "порог", тем пластинка чувствительнее. Но это — с оговоркой, так как "порог" зависит не только от свойств эмульсии, но и от условий проявления, фиксирования и освещения. Поэтому скажем так: при прочих равных условиях та пластинка чувствительнее, у которой порог чувствительности ниже.
С. ГАЛЬБАР
