Девять цветов радуги

Фотоны, серебро и химия

Светочувствительный слой современных пленок и пластинок представляет собой эмульсию, взвесь микроскопических кристаллов светочувствительного бромистого серебра в желатине.

Эта эмульсия с помощью специальных машин поливается тонким слоем на пленку, стекло или бумагу, а затем просушивается. Сухой слой очень тонок. В фотоматериалах общего применения он в среднем равен 16 микронам. Но кристаллы бромистого серебра столь малы, что в 16-микронной толще они лежат в 20–40 слоев. На квадратном сантиметре пленки таких кристаллов насчитывается от 50 до 500 миллионов.

Но, несмотря на такое количество, кристаллы в большинстве своем не соприкасаются друг с другом, они как бы заключены в мельчайшие желатиновые капсулы.

Кристаллическая решетка химического соединения брома и серебра имеет форму куба, в вершинах которого находятся ионы брома и серебра. Любой кристалл бромистого серебра имеет форму куба и сложен из отдельных мельчайших кубиков.

При соединении с серебром атом брома отбирает с внешней орбиты атома серебра один электрон. Получающиеся при реакции ионы брома имеют отрицательный заряд, а ионы серебра — положительный. Разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу и благодаря этой силе притяжения удерживаются в кристаллической решетке. Во внутренних ее частях каждый ион серебра связан с шестью ионами брома, а каждый ион брома — с шестью ионами серебра.

Так схематически выглядит кристаллическая решетка бромистого серебра.

Что же происходит, когда на фотоэмульсию падают лучи света?

На этот вопрос можно ответить, если вспомнить то, что уже известно нам о природе света и об одном из видов взаимодействия света с веществом. Многие читатели уже, наверное, догадались, о чем пойдет речь. Конечно, о фотонах. Только с их помощью можно объяснить, почему свет оставляет свои следы на фотоэмульсии, или, иными словами, дать теорию фотографического процесса.

Фотоны, проникая в кристаллическую решетку, как и в случае фотоэффекта, отдают свою энергию электронам. В первую очередь ее получают электроны, «отнятые» у атомов серебра. Вернее сказать, требуется меньше всего энергии, чтобы освободить эти электроны, отобрать их у ионов брома. Отдав электрон, ион брома превращается в электрически нейтральный атом брома. А электрон тем временем начинает перемещаться в пространстве кристаллической решетки, испытывая притяжение со стороны положительных ионов серебра и отталкивание со стороны отрицательных ионов брома. В конце концов он будет притянут одним из ионов серебра и займет место на пустовавшей орбите. Положительно заряженный ион серебра при этом восстановится в электрически нейтральный атом. Сила притяжения, связывавшая разноименно заряженный ион серебра и ион брома, исчезнет. Нарушится и одна из множества связей в каркасе кристалла, и тем уменьшится его прочность.

Если свет будет интенсивным, а время его действия на фотоэмульсию длительным, в каждый из кристаллов попадет достаточно много фотонов, и под их воздействием химические связи будут полностью нарушены. Бромистое серебро при этом разложится на составляющие: бром и непрозрачное металлическое серебро. Эмульсия почернеет и тоже станет непрозрачной.

Если же на поверхность пластинки проектируется изображение, то различные ее участки освещены по-разному. Количество фотонов, попавших на тот или иной участок, тоже будет различным. И, следовательно, степень потемнения окажется неодинаковой: более освещенные участки потемнеют сильнее, чем слабо освещенные. Таким путем можно получать фотографии, даже не проявляя их. Но для этого необходимы очень большие выдержки. Подобным образом еще совсем недавно делали отпечатки на так называемой дневной фотобумаге. Листок такой бумаги закладывали под негатив и выставляли на яркое солнце. Отпечатки имели очень приятный коричневый цвет. После печати их можно было закреплять прямо на свету. На снимке вы можете видеть, как делались фотографические отпечатки в мастерской Фокса Тальбота.

В мастерской Тальбота, 1845 год. Мастерская могла работать только в ясные, солнечные дни.

Если делать отпечатки подобным образом еще допустимо, то фотографировать невозможно. И уже с давних пор фотографический процесс ведется иначе.