Η Χημεία της Φωτογραφίας

Η χημεία της φωτογραφίας βασίζεται στη φωτοευαισθησία και στις αντιδράσεις με το φως. Οι χημικές διαδικασίες που δημιουργούν μια παραδοσιακή φωτογραφία ξεκινούν μέσα στην κάμερα με την απορρόφηση των φωτονίων. Ωστόσο, η φωτοχημεία από μόνη της δεν είναι σε θέση να παράγει μια εικόνα.

Η ανάπτυξη συνεχίζεται στο σκοτεινό δωμάτιο μέσω χημικών αντιδράσεων που περιλαμβάνουν αρχές οργανικής χημείας και αντιδράσεις οξέος και βάσης. Οι δομές των εμπλεκόμενων χημικών ουσιών είναι εξαιρετικά σημαντικές για τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα καθώς και για την οξύτητα ή τη βασικότητα των διαλυμάτων. Τα φωτογραφικά φιλμ και χαρτί αποτελούνται από φωτοευαίσθητους κόκκους αργύρου και αλογονιδίων. Αυτοί οι κόκκοι αντιδρούν με φως για να δημιουργήσουν μια λανθάνουσα εικόνα που δεν είναι ορατή στο μάτι. Στο σκοτεινό δωμάτιο, το αλκαλικό ή βασικό διάλυμα ανάπτυξης μειώνει τα μόρια αλογονιδίου αργύρου σε  μέταλλο. Αυτό δημιουργεί τις σκοτεινές περιοχές που αποτελούν την ορατή εικόνα. Ένα όξινο λουτρό διακοπής χρησιμοποιείται για να σταματήσει η αναπτυσσόμενη διαδικασία και ένα σταθεροποιητικό διάλυμα για τη διατήρηση της εικόνας διαλύοντας τα εναπομείναντα αλογονίδια αργύρου που θα μπορούσαν να αντιδράσουν με φως.

Η Χημεία της Φωτογραφίας

Το φωτογραφικό χαρτί και η μεμβράνη αποτελούνται από ένα γαλάκτωμα ζελατίνης με κόκκους αλογονιδίου αργύρου σε στρώσεις είτε σε χαρτί είτε σε βάση φιλμ. Τα αλογονίδια που χρησιμοποιούνται συχνά είναι το χλώριο, το βρώμιο και το ιώδιο, αν και το βρώμιο είναι το πιο κοινό. Οι κόκκοι αλογονιδίου αργύρου είναι κρυσταλλικές δομές ιόντων αργύρου και ιόντων αλογονιδίου σε δομή πλέγματος, όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα. Παρόλο που οι κόκκοι συγκρατούνται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς και είναι πολύ σταθεροί, επιτρέπεται κάποια κίνηση ατόμων και των ηλεκτρονίων σε όλη τη δομή.

Το τυπικό διάλυμα εμφάνισης αποτελείται από τέσσερα διαφορετικά συστατικά: τον παράγοντα ανάπτυξης, τον επιταχυντή, τον συγκρατητήρα και το συντηρητικό.

Ο παράγοντας ανάπτυξης είναι ένας αναγωγικός παράγοντας. Αυτό σημαίνει ότι ανάγει τα αλογονίδια αργύρου σε μεταλλικό άργυρο. Οι αναγωγικοί παράγοντες στο διάλυμα εμφάνισης δίνουν ηλεκτρόνια στους κόκκους αλογονιδίου αργύρου. Τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στη ζώνη αγωγιμότητας της ένωσης και ανάγουν περισσότερο ιοντικό άργυρο σε ατομικό άργυρο. Αυτό συμβαίνει πιο γρήγορα και πληρέστερα σε κόκκους όπου τα φωτόνια έχουν ήδη ξεκινήσει αυτήν τη διαδικασία. Έτσι επιταχύνεται η ανάπτυξη χημικά σε μέρη της φωτογραφίας που είναι φωτεινότερα και αποφεύγονται σε μέρη που έλαβαν ελάχιστη ή καθόλου διέγερση φωτός. Όταν ο αναγωγικός παράγοντας δεν έχει πια ηλεκτρόνια για να δωρίσει, η διαδικασία ανάπτυξης δεν μπορεί να συμβεί.

Για να επιβραδυνθεί αυτή η διαδικασία, προστίθεται ένα συντηρητικό. Είναι μια χημική ουσία που προστατεύει τον αναγωγικό παράγοντα από την οξείδωση.

Ο επιταχυντής βοηθά στη δημιουργία ενός χημικού περιβάλλοντος ευνοϊκού για τον αναγωγικό παράγοντα. Ένα βασικό διάλυμα αποπρωτονιώνει τον αναγωγικό παράγοντα, απελευθερώνοντας τα ηλεκτρόνια που θα δωρηθούν. Έτσι, ο επιταχυντής είναι μια χημική ουσία που καθιστά πιο αλκαλικό το διάλυμα.

Το σύστημα συγκράτησης έχει αντίθετη επίδραση, εμποδίζει τον αναπτυσσόμενο παράγοντα να αναπτύξει μια εικόνα πολύ γρήγορα. Εάν συνέβαινε αυτό, θα αναπτυχθούν περιοχές που δεν εκτίθενται σε πολύ φως, όπου δεν υπάρχει ήδη ένα λανθάνων κέντρο εικόνας.

Ο σκοπός του σταθεροποιητή είναι η διάλυση των μορίων αλογονιδίου αργύρου που έχουν αφαιρεθεί στο χαρτί μετά την ανάπτυξη. Αυτός είναι ένας τρόπος διατήρησης της εικόνας, επειδή εάν δεν αφαιρεθούν αυτοί οι κόκκοι, μπορούν να συνεχίσουν να μειώνονται από το φως του ήλιου και να υποβαθμίσουν την εικόνα. Αυτή η υποβάθμιση προκαλεί μοβ απόχρωση στην εικόνα και απώλεια λεπτών λεπτομερειών. Τα αλογονίδια αργύρου από μόνα τους είναι αδιάλυτα στο νερό, επομένως πρέπει να προκύψει αντίδραση για να αφαιρεθούν. Ένας τυπικός σταθεροποιητής είναι το θειοθειικό νάτριο (Na2S2O3). Η εξίσωση αντίδρασης για αυτήν την αλληλεπίδραση φαίνεται παρακάτω.
𝐴𝑔 + + 2𝑆2𝑂32− ↔ [𝐴𝑔 (𝑆2𝑂3) 2] 3−
Το θειοθειικό νάτριο όμως απαιτεί μεγάλο χρόνο στερέωσής, περίπου πέντε έως έξι λεπτά. Εμπορικά στερεωτικά, που ονομάζονται “fast fixers”, προσθέτουν άλλα συστατικά για να επιταχύνουν αυτή τη διαδικασία.

Σαν προσθήκη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η αμμωνία. Η αντίδραση μεταξύ αργύρου και αμμωνίας φαίνεται παρακάτω.
𝐴𝑔 + + 2𝑁𝐻3 → [𝐴𝑔 (𝑁𝐻3) 2] +