Толщина сухого эмульсионного слоя фотопластинок и плёнок очень мала — в среднем она не превышает 0,015 миллиметра. В этом тончайшем слое кристаллы бромистого серебра располагаются в 30–40 рядов. В каждом квадратном сантиметре слоя эмульсии содержится до 500 миллионов кристаллов. Отсюда можно судить, как мала величина кристаллов. Их можно разглядеть только в сильный микроскоп.
Что же происходив со светочувствительной эмульсией при фотосъёмке и проявлении?
Рассматривая фотографические снимки, мы почти никогда не задаём себе вопроса: из чего состоит фотографическое изображение? Оно не нарисовано ни карандашом, ни красками, его нельзя стереть резинкой или смыть водой, бензином или спиртом. Оно очень прочно и может сохраняться десятки лет.
Оказывается, что фотографический «рисунок» состоит из металлического серебра. Вы можете спросить, почему же в таком случае фотоснимок не имеет знакомого нам серебряного цвета и блеска? Да потому, что серебро, образующее фотографическое изображение, находится в слое эмульсии в виде мельчайших частиц. А в таком мелко раздроблённом состоянии серебро теряет свой характерный цвет и блеск и становится угольно-чёрным.
Откуда же берутся эти мельчайшие зёрна металлического серебра?
Образование этих зёрен в эмульсионном слое связано с воздействием на него света. Исследования под микроскопом показывают, что после слабого воздействия света на кристаллы бромистого серебра никаких видимых изменений этих кристаллов не происходит. Форма и вид кристаллов остаются прежними.
Однако опыт доказывает, что в кристаллах, на которые упал свет, происходят какие-то изменения. Доказательством этому служит способность таких кристаллов «проявляться», то-есть быстро темнеть под действием проявителя, в то время как кристаллы, не подвергавшиеся действию света, этим свойством не обладают.
Что же происходит в кристаллах бромистого серебра, когда на них падает свет?
В течение почти 100 лет этот вопрос оставался загадкой. Секрет скрытого фотографического изображения был разгадан лишь в самое последнее время.
Как известно, свет — лучистая энергия — представляет собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью 300 000 километров в секунду. Но поток лучистой энергии не является непрерывным, а состоит из отдельных сгустков энергии — квантов. Величина энергии кванта зависит от длины волн лучей[4]. Чем больше длина волны света, тем меньше энергия кванта. Так, например, кванты красного света, имеющего большую длину волны, несут меньше энергии, чем кванты синих или фиолетовых лучей с более короткой длиной волны. Энергия любого кванта света вообще ничтожно мала, но она оказывается вполне достаточной для того, чтобы вызвать химические изменения в кристаллах бромистого серебра.
Именно этими изменениями и объясняется образование скрытого фотографического изображения.
В чём заключаются эти изменения и как они происходят?
Известно, что все вещества в природе состоят из мельчайших частиц — атомов; каждый атом в свою очередь состоит из ядра и Двигающихся вокруг него мельчайших электрических частиц — электронов.
Ядро атома имеет положительный электрический заряд, а электроны — отрицательный. При этом положительный заряд ядра и сумма отрицательных зарядов электронов одинаковы по своей величине, поэтому в целом атом электрически нейтрален, то-есть не обнаруживает электрических свойств.
Но если каким-либо путём оторвать от атома хотя бы один электрон, то положительного электричества в атоме окажется больше, и атом становится положительно заряженным. Наоборот, если прибавить к какому-либо атому один лишний электрон, то-есть создать в атоме перевес отрицательного электричества, атом в целом окажется заряжённым отрицательным электричеством. Такие электрически заряженные атомы называются ионами.
Превращение атомов в ионы происходит очень часто во время химического взаимодействия некоторых веществ, или, как говорят химики, во время химических реакций. Так обстоит дело и при химическом взаимодействии азотнокислого серебра и бромистого калия во время приготовления светочувствительной фотографической эмульсии.
При химическом взаимодействии азотнокислого серебра и бромистого калия из атомов брома и серебра образуются молекулы бромистого серебра. При этом каждый атом брома отнимает у атома серебра один электрон и присоединяет его к себе, благодаря чему атомы серебра превращаются в положительно заряженные ионы серебра, а атомы брома — в отрицательно заряженные ионы брома.
Известно, что тела, заряженные разноимённым электричеством, притягиваются, а заряженные одноимённым электричеством, отталкиваются друг от друга. По этой причине положительно заряженные ионы серебра и отрицательно заряженные — ионы брома, после соединения их в молекулы бромистого серебра, располагаются в таком порядке, при котором притягивающие и отталкивающие силы ионов взаимно уравновешиваются. Образуется достаточно прочная так называемая кристаллическая решётка бромистого серебра, в которой каждый ион серебра окружён шестью ионами брома, а каждый ион брома — шестью ионами серебра (рис. 22).
Рис. 22. Схематическое изображение кристаллической решётки бромистого серебра.
Действие квантов света на кристаллы бромистого серебра заключается в том, что они отрывают от ионов брома один электрон, захваченный ими у атомов серебра. Этот электрон тотчас же притягивается каким-либо ионом серебра, и последний становится электрически нейтральным атомом серебра. Чем сильнее действие света, тем больше электронов возвращается от ионов брома к ионам серебра. Силы притяжения между атомами исчезают, прочность кристаллической решётки бромистого серебра ослабляется, и она легко может быть разрушена. С разрушением этой решётки бром уходит в виде газа, а атомы серебра образуют мельчайшие зёрна чистого металлического серебра.
Но такое разрушение кристаллической решётки бромистого серебра происходит только тогда, когда свет долгое время действует на светочувствительную эмульсию. Поэтому в фотографии применяется проявитель, который довершает разрушение кристаллической решётки бромистого серебра, начатое светом.
8. Проявитель довершает работу, начатую светом
Интересно наблюдать процесс проявления в микроскоп. После погружения в проявитель слегка засвеченной фотопластинки кристаллы бромистого серебра как бы оживают, начинают шевелиться, затем, точно стремясь взорваться, начинают извергать из себя чёрное металлическое серебро. Постепенно кристалл обрастает серебром и, наконец, превратившись в крупицу серебра, как бы замирает в неподвижности (рис. 23).
Рис. 23. Кристаллы бромистого серебра превращаются в крупицы металлического серебра.
Увеличиваясь в размерах, многие зёрна группируются, образуя более крупные комки, но и эти комки очень малы.
Однако некоторые кристаллы бромистого серебра ведут себя совсем иначе. Они продолжают оставаться в полном спокойствии, ничуть не изменяя своего вида. Оказывается, под действием света не все кристаллы освещённого слоя эмульсии приобретают способность проявляться. Количество кристаллов, способных к проявлению, зависит от яркости или продолжительности действия света на эмульсию. Чем сильнее действие света, тем большее число кристаллов превращается в серебряные крупицы и тем темнее становится после проявления освещённый участок фотопластинки.
Благодаря этому замечательному свойству эмульсии на фотографическом снимке кроме чёрных и белых мест получаются и все промежуточные тона, или, как их называют, полутона.
В чём же заключается сущность действия проявителя?
Схема действия проявителя недавно была объяснена советским учёным, членом-корреспондентом Академии Наук СССР А. И. Рабиновичем.
В упрощённом виде она заключается в следующем. Проявляющее вещество при соприкосновении его с кристаллами бромистого серебра превращает в металлическое серебро все кристаллы, независимо от того, были или не были они освещены. Но скорость этого процесса для различных кристаллов различна. Раньше других превращаются в зёрна металлического серебра кристаллы бромистого серебра, на которые попал свет и в которых кристаллическая решётка уже ослаблена светом. Превращение же неосвещённых кристаллов в металлическое серебро сильно отстаёт во времени. В то время как для превращения в металлическое серебро освещённых кристаллов требуются минуты, а иногда секунды, в неосвещённых кристаллах это длится много часов.
Таким образом, все освещённые кристаллы бромистого серебра успевают проявиться значительно раньше, чем начинается проявление неосвещённых кристаллов.
