Что представляют собой современные фотопластинка и фотоплёнка? Это — стеклянная пластинка или тонкая прозрачная целлулоидная плёнка, покрытые с одной стороны тонким слоем светочувствительного вещества, называемого светочувствительной эмульсией; она окрашена обычно в бледный желтовато-розовый цвет. Если выставить фотопластинку или плёнку на яркий солнечный свет, то спустя некоторое время она постепенно потемнеет, станет серой. В тени пластинка темнеет значительно медленнее. Если же в темноте осветить пластинку светом спички, то никакого заметного на глаз потемнения вы не заметите.

Однако если такую освещённую спичкой пластинку опустить в проявитель, то пластинка быстро и очень сильно потемнеет.

Применяемая в настоящее время светочувствительная эмульсия состоит в основном из двух веществ: желатины и бромистого серебра. Бромистое серебро, обладающее высокой чувствительностью к свету, приготовляется из азотнокислого серебра и бромистого калия. Азотнокислое серебро растворяют в воде, а бромистый калий — в растворе желатины. Полученные две прозрачные жидкости сливают вместе — в смеси выпадает белесый хлопьевидный осадок. Этот осадок и есть бромистое серебро. Оно состоит из мельчайших кристаллов различной формы. Кроме бромистого серебра, в эмульсию вводят также небольшое количество йодистого серебра. Перед поливом эмульсию подогревают, доводя её до жидкого состояния, и в таком виде с помощью специальных поливных машин ровным и тонким слоем наносят на стеклянные пластинки, целлулоидную плёнку или бумагу. Затем эмульсионный слой охлаждается, превращается в студень и высушивается.

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. 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).

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.