VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Химия в фотоискусстве
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Трудно переоценить роль кино в жизни современного общества. Она находит применение во всех сферах человеческой деятельности и является важным средством коммуникации.
За два столетия, прошедших после открытия фотографии, она претерпела подлинную техническую революцию, что, в свою очередь, способствовало её плодотворному развитию как вида изобразительного искусства. Кино стало универсальным средством познания, неизменным спутником человека. Миллионы энтузиастов преданы кинофотоискусству, отдают ему свой талант, повышают мастерство, развивают образное мышление и видение, приобщаясь и приобщая других к миру прекрасного. Важно отметить, что с каждым годом это первое в истории «техническое» искусство играет всё большую роль в развитии культуры и оказывает существенное влияние на формирование видения действительности нашего современника. Всё, что связано с искусством современного кинематографа, стало предметом изучения многих специалистов и любителей. Но для плодотворной творческой деятельности необходимой предпосылкой является совершенное знание и владение средствами, техникой и технологией, непрерывно развивающимися и совершенствующимися. На протяжений столетий развивался и технологический прогресс. В настоящее время вряд ли можно найти человека, который не имеет своего фотографического изображения, портреты родных и близких людей. Родители особенно часто фотографируют своих детей в первые, годы их жизни. Окружающая нас жизнь - неисчерпаемый источник фотографического творчества. Комические сценки из быта людей, необычное состояние природы, своеобразное поведение людей, насекомых - все это при наличии наблюдательности превратится в фотографии, которые смогут занять внимание зрителя, заинтересовать его удачно выбранным моментом съемки. Расширить представление о жизни, чему-то научить.
Цель нашей работы:
Более подробно познакомиться с технической стороной процесса фотографирования.
основные задачи, которые мы поставили при выполнении работы:
1) изучить научно-популярную литературу;
2) познакомиться с историей фотографии;
3) рассмотреть химическую сторону стадии получения фотоизображения;
4) остановиться на технологии получения фотографического изображения;
5) выявить значение и роль фотографии в жизни современного человека.
Методы исследования: системный анализ, обобщение, синтез, обработка результатов.
Актуальность: в условиях современного мира нельзя представить нашу жизнь без фотографии или кинематографа. Значение бытовой и художественной фотографии, а также кинематографа может оценить любой человек. Их широко используют для записи движений в механике, акустике, электротехнике и других областях подобно тому, как это делается в кинематографе. Высокоскоростная фотография с частотой выше 10000 кадров в секунду широко применяется для изучения быстропротекающих процессов - баллистических, пиротехнических и других.
Описание эксперимента
Краткая история изобретения и развития кинофотоматериалов.
Стремление сохранить визуальную память об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях всегда было свойственно человеку. Однако для широких масс людей это стало возможным лишь после изобретения фотографии. В настоящее время вряд ли можно найти человека, который не имеет своего фотографического изображения. Семейные альбомы хранят в фотографиях события прошлого и портреты родных и близких людей. Родители особенно часто фотографируют своих детей в первые годы их жизни. Эти фотографии впоследствии воскрешают массу воспоминаний о невозвратимом прошлом.
Сегодня трудно представить, что фотографии когда-то не существовало - так мы сжились и свыклись с нею. Однако открытие кинофотопроцесса было совершено всего лишь в 1839 году. Выдающийся российский физик академик С. И. Вавилов сравнивал его по значению с изобретением книгопечатания.
Термин «фотография» происходит от греческих слов «фото» — свет и «графо» - пишу. Таким образом, слово «фотография» в переводе на русский язык дословно означает светопись. В современном широком смысле фотография - это регистрация изображения на специальном материале (бумаге, пленке, пластинке).[1]
Значение бытовой и художественной фотографии, а также кинематографа может оценить любой человек. Огромные возможности, которые открывают фотографические процессы в науке и технике, известны гораздо меньше. Их же широко используют для записи движений в механике, акустике, электротехнике и других областях подобно тому, как это делается в кинематографе. Высокоскоростная фотография с частотой выше 10000 кадров в секунду широко применяется для изучения быстропротекающих процессов - баллистических, пиротехнических и других. Наоборот, автоматическая регистрация на пленке какого-либо медленного явления через относительно большие промежутки времени позволяет «сжать» информацию и дает возможность визуально наблюдать динамику медленно протекающих процессов, например роста растений.
Путь к современной фотографии был непростым и довольно длительным. Еще в 1727 году 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.[2]
В 1777 году выдающийся шведский химик Карл Шееле установил, что эффективность воздействия света на хлорид серебра AgCI 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, которое считается вполне правомерным и на сегодняшний день. 2AgCl = 2Ag + Сl2 (на свету).
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 незасвеченныи 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.[3]
Важный этап в развитии фотографического процесса связан с именем парижского художника-декоратора Дагера. В 1835 г. он завершил разработку процесса, который впоследствии получил название дагеротипии.
Его сущность заключается в следующем: отполированную серебряную пластинку вносили в пары иода. В результате на ее поверхности появлялся слой иодида серебра в соответствии с уравнением: 2Ag + I2 = 2AgI
Пластинку экспонировали в камере-обскуре - прототипе фотографического аппарата. 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, то есть 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, в результате которой иодид серебра растворялся и удалялся с поверхности пластинки.AgI + NaCl = Na[AgICl]
В 1839 году для закрепления изображения стал применяться раствор тиосульфата натрия Na2S2O3. Он с гораздо 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.[4]
Таким образом, в фотографировании имеются следующие стадии: экспонирование фотоматериала на свету и появление скрытого (первичного) изображения, проявление скрытого изображения, то есть его усиление до видимого, и, наконец, закрепление (фиксаж) изображения.
Применение в фотографическом процессе солей серебра, нанесенных на бумагу, связано с именем англичанина Тальбота. 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
Тальбот использовал такой лист в камере-обскуре, но фотографии получались худшего качества, чем на пластинке серебра, обработанной парами йода. Однако важно то, что с именем Тальбота 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.[5]
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 [С6Н7О2(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.
Важный этап в производстве современных фотографических материалов связан с именем англичанина Медокса, который в качестве носителя галогенидов серебра использовал (1871) желатину – продукт, извлекаемый из белков, составляющих основу соединительных тканей животных (сухожилия, хрящи, кости). Значительно позднее было установлено, что желатина не только среда, но и вносит вклад в характеристики фотоматериалов.[6]
Таким образом, благодаря многочисленным исследованиям, проведенным в различных лабораториях, к 80-м годам XIX столетия сформировался негативно-позитивный фотографический процесс. Для негативов использовались стеклянные фотопластинки, а для получения позитивов - фотобумага. В настоящее время вместо стеклянной подложки в основном используют полимерные пленки (триацетатцеллюлозные или полиэфирные). Строение современной типичной галогенсеребряной пленки довольно сложное.
Факторы, влияющие на качество изображения.
Целью всех усилий является получение резкого и чистого позитивного изображения. Для этого необходимо, чтобы негатив был резким и имел мелкозернистую структуру, нормальную градацию тонов и минимальную вуаль. Эти требования должны соблюдаться тем строже, чем меньше формат негатива и чем больше последующее увеличение.
Резкость негативного изображения зависит в первую очередь от техники съёмки. Это означает, что выдержка при съёмке не должна быть слишком большой, чтобы исключить смещение контуров движущегося объекта или возникновение смазанного изображения из-за неустойчивого положения фотоаппарата. Другими не менее важными факторами являются исправность и чистота объектива, не говоря уже о том, что объектив должен точно фокусироваться на объект с учётом глубины резкости изображаемого пространства. Нерезкое негативное изображение может быть следствием нарушения режима обработки плёнки; именно таким становится изображение в случае перепроявленных, очень плотных и контрастных негативов. Немалое значение для получения резкого негативного изображения имеет выбор фотоматериала.[7]
Структура негативного изображения зависит в первую очередь от типа используемого фотоматериала. Существенно влияет на степень зернистости негатива обработка плёнки.
Контрастность негативного изображения определяется соотношением плотности в светах и тенях. Для высококонтрастного изображения характерно наличие участков как большой (тёмные тона), так и малой (светлые тона) плотности. На малоконтрастных (вялых) негативах преобладают серые (промежуточные) тона. Высококонтрастные и малоконтрастные негативы – это предельные случаи; промежуточный (идеальный) случай – «нормальный» по плотностям и градациям тонов негатив. Некоторые отклонения от требований, предъявляемых к качеству нормального негатива, обычно компенсируют путём выбора позитивного материала соответствующего контраста.
И, тем не менее, отпечаток высокого качества может быть получен только с оптимально качественного негатива.
Плотность негатива не стоит смешивать с его градационной характеристикой; негатив может быть очень плотным и в то же время малоконтрастным. С увеличением плотности (с повышением содержания серебра в эмульсии) возрастает зернистость и снижается резкость изображения. Слишком тонкие негативы также вызывают трудности при печати – на них становятся заметными малейшие следы грязи, пыли, отпечатков пальцев.
Вуаль может образоваться в результате загрязнения проявителя, засветки от лабораторного фонаря или засветки при зарядке кассеты или фотоаппарата. Причиной возрастания вуали может быть также перепроявление плёнки, долгое хранение экспонированного, но не проявленного материала и, разумеется, брак плёнки. Следует заметить, что при использовании почти любого фотоматериала наблюдается образование незначительной, малозаметной для глаза вуали.
Чистота негативного изображения при увеличении последнего играет решающую роль. Случайный волосок на негативе при увеличении малоформатного изображения до размера 30x40см будет выглядеть, по крайней мере, соломинкой!
Процессы обработки кинофотоматериалов.
Попробуем внимательно, шаг за шагом, проследить за фотопроцессом. Существуют черно-белые и цветные фотоматериалы. Они представляют собой сложную систему, в которой кроме светочувствительного содержатся различные вспомогательные вещества. Фотоматериалы готовят так. На подложку (например, на плёнку) наносят слой суспензии мельчайших кристалликов AgBr в желатине и дают массе застыть. Кристаллики AgBr, содержащиеся в фотоматериалах называют зёрнами; размер зёрен очень мал (как правило меньше микрона). Что же происходит с зёрнами AgBr при фотографировании? Очень упрощённо это можно представить себе так. В кристаллической решётке AgBr чередуются ионы Ag+ и Br-. Свет, попадая на зёрна AgBr, взаимодействует с ионами Br , в результате чего возникает свободный электрон и нейтральный атом Br.[8]
В кристаллической решётке всегда есть дефекты – нарушения правильности чередования составляющих её частиц. Роль дефектов могут выполнять атомы других элементов («примесные» атомы), попавшие в решётку при её формировании. Такие дефекты ведут себя как «электронные ловушки» - они захватывают все свободные электроны, оказавшиеся в решётке. В результате ионы Ag + , расположенные около ловушки, получают возможность приобрести недостающие электроны и восстановиться до нейтральных атомов. Так в зерне AgBr возникает зародыш «скрытого изображения», состоящий из 20-30 нейтральных атомов серебра. Число зародышей тем больше, чем сильнее освещали фотоматериал. Эти зародыши так малы, что увидеть их можно только в самые чувствительные электронные микроскопы. Поэтому сформированное зародышами изображение и называют скрытым изображением.[9]
Теперь задача состоит в том, чтобы скрытое изображение сделать видимым. Для этого облученный светом фотоматериал проявляют, помещая его в раствор восстановителя. Восстановителями (соединениями, отдающими электроны) служат известные всем фотолюбителям гидрохинон, метол и другие органические соединения. При проявлении переход ионов Ag + в нейтральные атомы Ag происходит только в зёрнах AgBr, в которых под действием света уже образовались зародыши скрытого изображения. Важно, что при этом восстанавливаются все ионы Ag +, входящие в состав таких зёрен – нейтральные атомы Ag служат в них как бы катализатором процесса восстановления. Те же зёрна, в которых зародышей нет, в реакцию с проявителем не вступают (разумеется, если проявление идёт не слишком долго, иначе прореагируют все зёрна, и фотоматериал окажется «перепроявленным» - он потемнеет).[10]
При этом на наиболее освещённых участках образуется больше металлического серебра чёрного цвета (негатив). После проявления изображение стало видимым, он его необходимо «закрепить» (зафиксировать) – удалить из фотоматериала непрореагировавшие зёрна AgBr. Растворимость большинства солей серебра в воде очень малы. Комплексные соли, образованные в результате взаимодействия с тиосульфатом натрия обладают достаточно хорошей растворимостью. Для этого фотоматериал помещают в раствор фиксажа – тиосульфата натрия. Тиосульфат натрия переводит серебро оставшихся зёрен AgBr в комплексное соединение, растворимое в воде:
2Na2S2O3 + AgBr =Na3[Ag(S2O3)2]+ NaBr
При больших избытках тиосульфата натрия растворение галогенида серебра приводит к образованию очень прочных и хорошо растворимых комплексных соединений.[11]
При малом избытке тиосульфата натрия образуются прочные, но малорастворимые в воде комплексные соли, так что отмыть их из фотослоя практически невозможно. Это сильно сказывается на качестве изображения.
3AgBr + 2Na2S2O3 = Na[Ag3(S2O3)2] + 3NaBr
Оставшиеся на фотоматериале мельчайшие кристаллики металлического серебра и создают видимое изображение. Полученный так фотоматериал называют негативом, поскольку наиболее тёмные участки в нём находятся в местах, которые подверглись самому сильному действию света и, следовательно, соответствуют самым светлым участкам фотографируемого объекта. Отпечатки с негатива делают, пропуская через него свет. Прошедший свет попадает на фотобумагу. Так как кристаллики серебра на негативе не пропускают света, то чёрно-белое изображение на бумаге (позитив) оказывается обратным негативу.
Подведение итогов и анализ результатов.
Благодаря братьям Луи и Огюсту Люмьер, оживившим в 1895 году статические картинки, мы сейчас можем любоваться искусством кино, одними из составляющих производственного процесса которого и являются процессы фотосъемки и фотообработки.
За последние годы заметно возрос уровень фотокинотехники, повысились требования в области мастерства, шире ведётся творческий поиск. И хотя с появлением цифровых фотокамер значение аналоговой техники постепенно уменьшается, многие профессионалы, и любители фотографии предпочитают использоваться аналоговой, оценивая большие возможности обработки и высокое качество получаемых снимков.
Полученный после съёмки и обработки негатив таит в себе большие потенциальные возможности, о которых мы часто даже не подозреваем, и которые следует выявлять и эффективно использовать. Другими словами, фотограф не должен довольствоваться технически удовлетворительным отпечатком, необходим упорный творческий поиск, следует стремиться довести конечный результат до максимального уровня, тем более, что для этого имеются практически неограниченные возможности.
Практическое применение.
Главное в фотоработе – её содержание, а конкретная форма воплощения должна лишь помогать выявлению творческих замыслов и не быть самоцелью. Естественно, многое зависит от терпения, проявленной энергии, настойчивости в решении поставленной цели, и, как пишет автор: «Кисточка всегда остаётся кисточкой, пользуется ли ею мастер Гизеке или мастер Пикассо. Всё дело в том, что в первом случае ею красят стены коридора, а во втором создают шедевры мирового искусства».
Фотография не мыслима без творчества. Те фотографы, которые отдают должное лабораторной технике, по существу, уже располагают неограниченными возможностями для творчества. Так, например, с помощью распределения резкости в кадре можно выделить сюжетно-важные части изображения; используя зернистую структуру снимка, тонирование, кадрирование, можно создать превосходную фотокартину. Другими словами, умелое использование лабораторных процессов позволяет автору подчинить воплощению его творческих замыслов изменение контрастности, воспроизведение света и тени, обработку контура предмета. Аналогичные способы применяются и в производстве кинопродукции, производство которой, после некоторого спада прошлых лет значительно возросло.
Личное отношение автора к освещённому вопросу.
С самого рождения человечества стремилось к развитию и сохранению визуальной памяти об окружающем нас мире и дорогих сердцу людях - это всегда было свойственно человеку. Однако для широких масс людей это стало возможным лишь после изобретения фотографии.
Окружающая нас жизнь - неисчерпаемый источник фотографического творчества. Мы любим отыскивать интересные подробности жизни и стараться акцентировать на них внимание других. Мы замечаем в жизни то, на что другие просто не обращают внимания. Именно поэтому тема нашей работы « Химия в фотоискусстве».
Выводы
Современная фотография находит все большее применение в науке, технике и повседневной жизни. На начальных этапах невозможно было предугадать, сколь широки будут возможности использования фотографического метода. Благодаря фотографии человечество получает изображения элементарных частиц, составляющих атом, и изображения земного шара, Луны и других планет; изображения живой клетки и кристаллической решетки минералов; изучает процессы, протекающие за одну миллионную долю секунды, и процессы, длящиеся десятилетия.
Наряду с повсеместным применением фотографии в науке и технике наиболее давнее и массовое распространение она получила как вид искусства.
Фотография сочетает в себе оптику, точную механику и тонкую химическую технологию, а со стороны технической и художественной - теорию композиции, эстетику и теорию восприятия.
Список используемой литературы.
Журба Ю. И. , Стрелюхин М. Ю. Фотолюбителям. – Л.: 1992.
Иофис Е. А. Техника фотографии. М., 1972.
Митчелл Э. Фоторгафия, М., изд. Мир.,1988
Краткий справочник фотолюбителя./Под ред. Н. Д. Панфилова и А. А. Фомина, 4-е издание, М.: Искусство, 1985.
Большая советская энциклопедия. Том 44.
Химическая энциклопедия. Т.5.,М.: 1995
Энциклопедия школьника. Неорганическая химия./ Под ред. М. А. Прокофьева. М.: 1996.
Блюмберг. И.Б. Технология обработки фото- киноматериалов.
Редько. А. В. Специальные процессы фотообработки»
Рёссинг. Р.Увеличение фотоснимка.
Крицман В.А. Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика.