
引言
摄影在现代生活中占有重要地位,除了娱乐摄影之外,还应用于建筑设计、电影、医学、军事侦察、金相分析、太空探索、地图测绘等众多领域。
银盐的光化学
了解摄影化学,首先需要了解银盐的光化学。照相胶片中的主要感光材料是溴化银(AgBr),这些微小晶体悬浮在明胶中。当光线照射到晶体上时,会发生一系列化学反应,产生游离银。
光子被溴离子吸收,产生溴原子:
Ag + Br
→ Ag
+ Br + e
银离子与电子结合形成银原子:
Ag
+ e
→ Ag
这些游离银形成潜影,可以通过显影剂显现出来。显影至少需要四个银原子聚集在一起,形成 Ag 4 0 。
潜影是保存在卤化银颗粒中的看不见但可以显现的影像。含有 Ag 4 0 形式自由银的颗粒在显影剂作用下还原成大量的自由银,在胶片上形成黑色区域。未曝光的颗粒不含 Ag 4 0 ,因此不能被显影。
胶片的感光度与颗粒大小和卤化物组成有关。颗粒越大,感光度越高。
显影
卤化银本身并不是最灵敏的感光材料。它们之所以能产生高清晰度的影像,是因为光子撞击一个卤化银颗粒产生一个至少含四个银原子的核心,这一效应可以通过还原剂(显影液)放大数十亿倍。
显影液中的还原剂与含有银原子核心的颗粒反应,形成更多的游离银。反应越快,产生的黑度越深。显影的程度受温度、显影液浓度、pH 值等因素影响。
底片变黑是由游离银原子(Ag 0 )造成的。显影液对未曝光的颗粒具有选择性,不会还原它们,避免产生灰雾。
常用的显影剂化合物包括没食子酸、邻氨基酚、对苯二酚、对甲胺基苯酚(米吐尔)、菲尼酮等。
黑白显影液通常由对苯二酚与米吐尔或对苯二酚与菲尼酮组成。典型配方为:
- 水:750 毫升
- 米吐尔:2.0 克
- 对苯二酚:5.0 克
- 亚硫酸钠:100.0 克
- 硼砂(Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O):2.0 克
使用对苯二酚作为显影剂时会产生醌,并放出氢离子:
对苯二酚 + 2Ag
→ 醌 + 2Ag
0
+ 2H
该反应是可逆的,因此氢离子的增加会抑制显影。亚硫酸钠与醌反应,阻止其恢复成对苯二酚。氢离子则被氢氧根离子中和。
显影时间过长或温度过高会产生严重的灰雾,损毁底片。摄影师通常需要仔细控制显影液的温度。
将胶片放入停显浴中可以终止显影过程。停显浴通常含有醋酸等弱酸,降低 pH 值,使对苯二酚转换为醌的反应停止。
定影
如果仅进行显影,未还原的卤化银在光照下会被曝光。为了防止这种现象,必须使用定影液除去未还原的卤化银。
黑白照相中常用的定影液是硫代硫酸钠溶液,其中硫代硫酸根离子(S 2 O 3 2- )与卤化银反应,形成可溶性的配合物,再用清水冲洗干净。
定影液配方为:
- 水:1 升
- 硫代硫酸钠:250 克
定影时间过长或浓度过高会使影像褪色。定影后,底片需要用清水仔细冲洗,以去除残留的化学物质。
结论
摄影化学是一门复杂的科学,涉及到光与卤化银的相互作用、显影和定影过程。这些原理在现代摄影中至关重要,为我们提供了捕捉和保存影像的手段。