Краеугольные камни фотографии

Серебро
Желатин
Фотографическая эмульсия
Первичный фотографический процесс

Первые три части статьи - Серебро, Желатина, Фотоэмульсия являются переводом одноимённых статей с небольшими измененияим и дополнениями, любезно предоставленных немецким онлайн журналом Schwarzweiss-Magazin.
Последняя часть - Первичный фотографический процесс - собственная работа переводчика.

СЕРЕБРО*

Старейшую, дошедшую до наших дней фотографию сделал в 1826 г. французский исследователь Ницефор Ньепс. Он экспонировал при помощи камеры-обскуры покрытую асфальтом металлическую пластину. Под воздействием света тонкий слой асфальта затвердел, а на неосвещённых местах был вымыт после экспозиции лавандовым маслом. Выдержка длилась ни много ни мало 8 часов!

Знаменитая фотография Ньепса "Вид из окна мастерской" еще не являлась фотографией в современном смысле этого слова -- она была получена без использования серебра.

В 1835 г. Тальбот, а в 1837 г. Дагер впервые применили серебро как основу светочувствительного слоя для получения фотоизображения. Главным преимуществом их открытий в сравнении с асфальтовой пластиной Ньепса были короткие выдержки - минуты, а не часы. День обнародования открытия Дагера на учёном собрании Парижской Академии является днём рождения классической серебрянной фотографии какой мы её теперь знаем.

Сегодня серебро -- это важнейший составной элемент при производстве светочувствительных материалов. Ежегодно на эти цели расходуется несколько тысяч тонн металла обшей стоимостью более 500 млн. $ (только в Германии от 150 до 200 тонн в год).

ДЛИННАЯ ДОРОГА К ПЛЁНКЕ

Серебро добывается в виде самородной руды и в виде соединений, например, в виде сульфида серебра - Ag₂S. В фотоиндустрии обычно используется нитрат серебра -- AgNO₃, подвергающийся тщательной очистке из за повышенной чувствительности фотопроцессов к посторонним примесям и загрязнению. Его получают, растворяя предварительно выделенное металлическое серебро в азотной кислоте.
Фотоэмульсии состоят не из нитрата серебра, а из его галогенидов -- хлорида, бромида и иодида. Галогениды серебра получают при помощи реакции обмена взаимодействия поваренной соли, бромида или иодида калия с нитратом серебра.

Вот как это выглядит в виде химических уравнений:

1. получение металлического серебра:
руда
Ag₂S + 4NaCN = 2Na[Ag(CN)₂]+ Na₂S
и далее при помощи цинковой (или алюминиевой) пыли осаждают чистое металлическое серебро
2Na[Ag(CN)₂] + Zn = Na₂[Zn(CN)₄] + 2Ag

2. получение нитрата серебра

3Ag + 4HNO₃ = 3AgNO₃ + NO + 2H₂O

3. получение галогенида серебра, в данном случае бромида

AgNO₃ + NH₄Br = AgBr + NH₄NO₃

Все галогениды серебра светочувствительны, причём наиболее светочувствительным является иодид, а наименее -- хлорид. Бромид серебра занимает промежуточное положение. Однако "видеть" они могут только соответствующую голубому и ультрафиолетовому цвету части спектра; для всех остальных цветов галогениды абсолютно "слепы". Для того чтобы галогениды серебра стали чувствительными ко всем частям спектра, необходима процедура спектральной сенсибилизации**.
Внутри кристаллов, получивших достаточно света, в результате фотолиза образуется металлическое серебро, являющееся основой латентного (скрытого) изображения. Эти участки называют центрами скрытого изображения. При проявлении оно переводится в видимое изображение за счёт огромного увеличения частиц металлического серебра (по некоторым данным проявитель проявляет в 50 миллиардов раз больше атомов серебра, чем это делает свет). Почернение, видимое на фотобумаге или негативе, и есть металлическое серебро. Неэкспонированные кристаллы галогенида серебра (и, соответственно, не учавствовавшие в образовании изображения) переходят большей частью в фиксаж. При этом плохо растворимый галогенид серебра преобразуется в легко растворимый тиосульфат-комплекс:

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

что значительно облегчает последующее вымывание остатков неэкспонированных кристаллов галогенида серебра из зафиксированного материала.

УТИЛИЗАЦИЯ СЕРЕБРА

В цветной фотографии утилизируется практически 100 % использованного серебра. В чёрно-белой -- только не задействованное в образовании изображения серебро может быть утилизированно. Но, так как, преобладающая часть всего серебра, используемого в чёрно-белой фотографии, применяется для производства рентгенологических материалов, которые по прошествии какого-то времени всё равно подвергаются переработке, можно говорить, что серебро по большей части циркулирует в замкнутом технологическом круге:

Почему вообще нужно утилизировать использованные фотоматериалы и химикаты, содержащие серебро? Во-первых, запасы этого металла не безграничны; во-вторых, высокие концентрации ионов серебра опасны для здоровья, а обычные очистные сооружения не в состоянии обезвредить воду, в которой эти ионы окажутся, если сливать отработанные реактивы в канализацию. Существует несколько способов извлечения серебра из отработанных растворов:

1. Химическое осаждение. Дорогой и сложный, но очень основательный метод.
2. Электролиз. Позволяет получить довольно чистое серебро, однако при концентрациях меньше 100 мг/л процесс становится слишком медленным.
3. Осаждение на железных опилках. Старый, сравнительно малоэффективный способ; к тому же в раствор переходит большое кол-во ионов железа.
4. Сепарация с ионообменниками. Подходит для растворов с малыми концентрациями серебра (промывочная вода).

Извлечённое одним из вешеприведённых способов серебро направляется (продаётся) на обогатительные предприятия, где очищается и используется повторно (см. схему). Так замыкается круг и начинается новый жизненный цикл серебра.

*Физико-химические свойства серебра подробно не рассматриваются - смотри соответствующие издания.

**Спектральная сенсибилизация - изменение спектральной чувствительности эмульсии путём добавления специальных пигментов, которые абсорбируются поверхностью кристалла галогенида серебра и могут покрывать до 30% площади этой поверхности.

Продолжение следует