Der fotografische Film aus Plastik wird im Schutz des Lichts bedeckt - auf der Oberseite: 1) von einer Emulsion aus · Gelatine · Natriumbromid · Silbernitrat · Spuren von Schwefel · Spuren von Sensibilisatoren (Farbstoffe ähnlich Karottenfarbstoff) 2) eine Schutzschicht aus reiner Gelatine - auf der Unterseite: ein Farbstoff, der die Reflexion von Licht verhindert
In der Emulsion gibt es eine Reaktion zwischen Silbernitrat und Natriumbromid: $Ag^+$ $+$ $NO_3^-$ $+$ $Na^+$ $+$ $Br^-$ $\longrightarrow$ $Ag^+Br^-$ $+$ $Na^+$ $+$ $NO_3^-$ Silberbromid fällt in Form von Mikrokristallen aus.
Die Ionen $ Ag^+ $ und $ Br^- $ ordnen sich in diesen Kristallen in Form von kubisch flächenzentrierten Gittern mit unregelmäßigen Lücken an:
In diesen Lücken können einige $ Ag^+ $ - Ionen ziemlich frei zirkulieren:
Wenn ein Photon auf ein Bromidion trifft, wird ein Valenzelektron davon angeregt.
$Br^-$ $+$ $h\nu $ $\longrightarrow $ $Br\cdot$ $ +$ $e^-$
Ein Bromatom wird gebildet.
Aber die Photonen des sichtbaren Lichts haben nicht genug Energie, um dieses Elektron auf ein Silberatom zu übertragen!
Die Sensibilisatoren absorbieren auch Licht und können diesen Energiegewinn auf das angeregte Elektron übertragen, um es in ein Quantenniveau ("Leitungsband") zu transportieren, wo es frei im Kristall fließen und die Silberionen erreichen kann, um sie zu reduzieren
$Ag^+$ $+$ $e^-$ $\longrightarrow$ $Ag$
Die wenigen gebildeten Silberatome, die im Kristall zirkulieren, neigen dazu, auf der Oberfläche durch Gewinnung von Gitterenenergie (Energie aus der Bildung der Metallbindung) zu agglomerieren. Es wurde gefunden, dass diese Keime bevorzugt an Stellen gebildet werden, an denen Verunreinigungen wie Schwefel Kondensationskeime darstellen. Die Keime sind extrem klein. Wir können sie nicht mit bloßem Auge sehen. Sie sagen, dass sie das latente Bild bilden.
Nach der Belichtung wird der Film in der Dunkelkammer behandelt:
Die Entwicklung besteht darin, um die Keime herum eine große Menge Silberatome zu bilden, um ein reales Bild zu erzeugen:
Dazu wird die Folie in ein Bad bestehend aus eingelegt - Hydrochinon (der Entwickler) - Natriumcarbonat - Kaliumbromid (wenig) Hydrochinon
ist ein Reduktionsmittel Die Oxidoreduktionssysteme sind wie folgt: (1)
(2)
mit den folgenden Standard-Oxidations-Reduktionspotentialen:
$E^o_1=0,80\; V$
$E^o_2=0,69\; V$
Wir sind hier weit von den Standardbedingungen entfernt, so dass wir das Nernst-Gesetz berücksichtigen müssen:
(a)
$E_1$ $=$ $E^o_1$ $+$ $\frac{0,059}{1}log[Ag^+]$
(b)
$E_2$ $=$ $E^o_2$ $+$ $\frac{0,059}{2}log\frac{[X][H^+]^2}{[H_2X]}$
Aufgrund der sehr geringen Löslichkeit von Silberbromid wird $ log[Ag^+] $ negativ und das reale Potential $ E_1 $ des Systems (a) wird erheblich reduziert.
Der Zusatz basischer Carbonationen verringert $[H^+]$:
$CO_3^{2-}$ $+$ $H^+$ $\longrightarrow$ $ HCO_3^-$
und senkt somit das Potenzial $ E_2 $ des Systems (b) unter $ E_1 $!
Dann kann Hydrochinon Silberionen zu Silberatomen reduzieren:
$2Ag^+$ $+$ $2e^-$ $\longrightarrow$ $2Ag$
$C_6H_4(OH)_2$ $+$ $2OH^-$ $-$ $2e^-$ $\longrightarrow$ $C_6H_4O_2$ $+$ $2H_2O$
$2Ag^+$ $+$ $C_6H_4(OH)_2$ $+$ $2OH^-$ $\longrightarrow$ $C_6H_4O_2$ $+$ $2H_2O$
Silberionen + Hydrochinon ergeben Chinon und Silberatome
Die in der Emulsion verbleibenden freien $ Ag^+ $ -Ionen können bei Lichteinwirkung einen grauen Trübung ($ Ag $) verursachen. Das Kaliumbromid verringert die Molarität und verhindert das Auftreten des Schleiers. In der Tat: $[Ag^+][Br^-] = K_s$ Dabei ist $ K_s $ das Löslichkeitsprodukt von Silberbromid. Wenn $ [Br^-] $ infolge der Zugabe von Kaliumbromid zunimmt, muss $ [Ag^+] $ abnehmen.
Wenn das Hydrochinon zu lange wirkt, kann das Foto zu dunkel werden. Nach einer gewissen Zeit wird seine Wirkung abgebrochen, indem das Medium angesäuert wird und dadurch das Oxidatoreduktionspotential erhöht wird (siehe oben). Dazu wird der Film in ein Bad aus verdünnter Essigsäurelösung gegeben
Silberbromid, das nicht in Silber umgewandelt wurde, kann dunkler werden, wenn das Foto aus der Dunkelkammer kommt. Es wird durch Komplexierung mit dem Thiosulfat-Ion $ S_2O_3^{2-} $ eliminiert. Dazu wird der Film in ein Fixierbad eingebracht, das aus einer verdünnten Lösung von Natriumthiosulfat besteht.
$Ag^+Br^-$ $+$ $4Na^+$ $+$ $2S_2O_3^{2-}$ $\longrightarrow $ $3Na^+$ $+$ $ [Ag(S_2O_3)_2]^{3-}$ $+$ $3Na^+$ $+$ $ Br^-$
Natriumbromid und Natriumdithiosulfatoargentat sind in Wasser löslich und können durch Waschen entfernt werden
Die Entwicklung endet mit einer intensiven Wäsche mit destilliertem Wasser und anschließender Trocknung.
