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viernes, 14 de septiembre de 2007

Química y fotografía

Tema Curricular: Óxido-Reducción

Recorrido histórico de la invención de la fotografía

1.-¿CÓMO, CUÁNDO, DÓNDE COMIENZA LA FOTOGRAFÍA?
La palabra fotografía proviene de dos vocablos griegos: foto, que significa "luz," y grafía, "escritura." Entonces fotografía podría significar "Escribiendo con luz". Las primeras fotografías se llamaron ilustraciones del sol, porque era la luz del sol la que permitía crear la imagen.
Allá por 1521, en la época del Renacimiento, un alumno de Leonardo Da Vinci –Cesare Cesariano- realiza la primera publicación sobre la cámara oscura, instrumento óptico capaz de obtener la proyección plana de una imagen sobre parte de su superficie interior. Por esta razón los instrumentos fotográficos actuales se denominan cámaras.
La cámara oscura era una habitación herméticamente cerrada en la que entraban los rayos de luz reflejados por los objetos del exterior únicamente a través de un pequeño orificio practicado en una de sus paredes. El orificio funciona como una lente convergente y proyecta en la pared opuesta una imagen del exterior invertida vertical y horizontalmente.
Las lentes[1] son medios transparentes limitados por dos superficies, donde por lo menos una de ellas es curva. Las lentes convergentes son más gruesas por el centro que por el borde, y concentran (hacen converger) en un punto los rayos de luz que las atraviesan. A este punto se le llama foco (F) y la separación entre él y la lente se conoce como distancia focal (f).

[1] Extraído de http://www.educaplus.org/

Durante el siglo XVII, para 1701, Johann Zahn transforma la cámara en un instrumento portátil de madera parecido a los usado en los principios de la fotografía, como se ve en la imagen 1.
Por su parte, el alquimista Georgius Fabricus experimentaba ya con las sales de plata (nitrato, cloruro, bromuro de plata) notando cómo se oscurecían con la acción del aire y del Sol. En el siglo XVII el sueco Carl Scheele reveló que las sales actuaban con la acción de la luz.
El francés, Joseph Nicèphore Niépce, en 1839 logra captar la primera imagen registrada por la historia de la fotografía, luego de una exposición de ocho horas a plena luz del día sobre un soporte sensibilizado mediante una emulsión química de una sal de plata. Nacía así la fotografía, un maravilloso invento que combina fenómenos físicos y químicos: la cámara oscura, que captaría el reflejo de la imagen y las distintas reacciones químicas necesarias para la fijación de la imagen. Las primeras imágenes se llamaron fotogramas: siluetas de hojas e insectos, impresas en una plancha de cuero y fijadas con gelatina y sales de plata.
En 1839 Louis Daguerre publicó un proceso para obtener fotografías –llamado Daguerrotipo- basado en la precipitación de sales de plata. La técnica era más práctica y rápida en sus tiempos de exposición y daba una fotografía instantánea, en positivo. El proceso es el antecesor a la fotografía tipo Polaroid.
Para esa época, varios científicos desarrollaron distintos métodos. El creado por William Fox Talbot se basaba en un papel cubierto con cloruro de plata que era lo más parecido al actual, ya que producía una imagen en negativo que tenía que ser luego positivada –revelada- para que quede sobre papel. Luego se probó con otras sales como bromuro o nitrato de plata.

2.-LA FOTOGRAFÍA HOY.
En el siglo XXI la fotografía ha logrado ser un modo de expresión personal a la vez que un medio de comunicación muy importante y que atraviesa la vida de todos de muchas formas. Por ejemplo, como modo de mantener la memoria: hechos varios públicos y privados, se ven plasmados en papel en un instante y por mucho tiempo; también para documentar sucesos en periódicos, revistas, televisión; para transmitir información y anunciar productos y servicios.
La necesidad de los fotógrafos ubicados en lugares lejanos, como los corresponsales de guerra, de entregar imágenes con rapidez, derivó en la aparición en 1990 de la primera cámara digital, que no requiere de laboratorios donde procesar sus fotografías. La fotografía tiene otros usos que a veces desconocemos: la astronomía, el diagnóstico médico, el control de calidad industrial. Las cámaras a bordo de satélites y vehículos espaciales han fotografiado la Tierra, así como también la luna, el sol, y los otros planetas. Extiende la visión humana a objetos demasiado distantes, o demasiado pequeños, lugares inaccesibles o peligrosos. Las radiografías son una forma de fotografía que se usa en medicina y odontología como una herramienta cotidiana de diagnóstico.

3.-LA CÁMARA FOTOGRÁFICA POR DENTRO
Una cámara, es una caja con una apertura con el fin de admitir luz y un dispositivo que pueda sostener una película. Las cámaras modernas tienen una lente montada sobre el orificio por donde penetra la luz, cuyo fin es tomar cuadros lo más intensamente posible con menos luz. Un dispositivo mecánico controla el tiempo que la luz entra en la cámara. Todas las cámaras tienen algún tipo de sistema de inspección u ocular para que el fotógrafo pueda ver el campo de visión de la lente.

4.-¿QUÉ OCURRE AL TOMAR UNA FOTO?

EXPOSICIÓN: Al elegir el objeto a fotografiar, encuadrar y oprimir el disparador, la película se expone a la entrada de luz externa a través del diafragma. Estos rayos luminosos impactan sobre la película que contiene la emulsión de AgBr fotosensible, ocasionando una reacción química en las partículas microscópicas del haluro.
Las partículas reaccionan de modo distinto a las diferentes intensidades de luz reflejadas desde diferentes partes del objeto que penetraron en la lente.
El tiempo de exposición depende de la sensibilidad de la película y de la intensidad de la luz reflejada por el objeto. Las zonas más oscuras del objeto reflejan menos luz y ocasionan menos penetración en la emulsión, por lo que habrá menos reacción haciendo que las áreas sean más claras. Comienza aquí la reducción del bromuro a plata metálica, aunque el efecto no es visible Se forma así la imagen "latente".
La absorción de un cuanto de luz (hn) en el cristal del haluro de plata hace que el anión bromuro libere un electrón:
Br- + hn ------------ e- + Br (bromo atómico)

REVELADO: La placa fotográfica –sensibilizada por acción fotoquímica- pasará por diferentes “baños” para ser revelada:
1.- Se lleva a un baño que contiene el revelador (solución alcalina de un reductor débil –orgánico- como metanol, pirogalol o hidroquinona) que ataca al bromuro de plata sólo en aquellos lugares donde ya comenzó la reducción por efecto de la luz. Se observa rápidamente la presencia de puntos negros, de plata metálica, en las zonas donde se recibió mayor intensidad luminosa o sea las zonas más luminosas del objeto). Estos puntos se extienden hasta formar la imagen definida. Por esta inversión, la placa revelada se llama negativo.
El e- liberado en la reacción fotosensible, será captado por el catión Ag+, así:

e- + Ag+ ------------ Agº (plata metálica, sólido de color negro)
El resto de sal, que no recibió luz, no debe reaccionar con el revelador (de ahí la importancia de un buen revelador como la hidroquinona).
El fenómeno que ocurre es de óxido-reducción, y se basa en la precipitación del catión plata (Ag+) como plata metálica (Agº) por transferencia de electrones.

2.- Se pasa la película a otro baño de”parada”. Finaliza el proceso de revelado. Consiste en una solución de etanol al 3%.

3.- Luego se hace la fijación, con una solución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3 conocido como hiposulfito sódico) que extrae el AgBr no sensibilizado, sin reducir, que se encuentra en los espacios claros. Es necesario eliminarlo para evitar que al exponer a la luz la placa, se ennegrezca totalmente (se “vele”).

4.- Finalmente, se lava el negativo abundantemente con agua.
Una vez lavado ya no es sensible a la luz y puede sacarse del “cuarto oscuro”, que en realidad no es tal, ya que se trabaja con una luz roja que apenas actúa sobre el bromuro de plata.

IMPRESIÓN DE POSITIVAS: La imagen final se obtiene del negativo, haciendo pasar luz a través, usando un ampliador para obtener copias de mayor tamaño que el negativo. El haz luminoso que atraviesa el negativo incide en un papel sensibilizado con una película de cloruro o bromuro de plata en suspensión proteica (albúmina o gelatina). El papel se revela y fija, y constituye el negativo del negativo, o sea un positivo.

LA ILUMINACIÓN
Los fotógrafos deben conocer muy bien el manejo de la luz, esa energía que implanta la imagen sobre la película y le da un componente visual esencial a la foto. Puede dramatizar, embellecer, y evocar sombras sutiles. Puede esconder las fallas o dar a conocer los verdaderos matices. Puede enfatizar algunos detalles y opacar otros.
Los fotógrafos tienen una amplia variedad de fuentes de iluminación a su elección. El sol provee la más variada y versátil fuente de iluminación externa.
Sin embargo, muchas veces se requiere una fuente de iluminación artificial portátil. Se llaman reflectores, que proveen una fuente continua de iluminación. En algún momento se difundió el uso de los cuboflash. Estas bombillas descartables producen un destello momentáneo nítido de luz que se sincroniza con la apertura del obturador de la cámara.
La historia de estos flashes también tiene su origen en los primeros descubrimientos químicos vinculados a las propiedades del magnesio. Las limaduras de magnesio mezcladas con alguna sal de potasio que tenga facilidad para descomponerse térmicamente, formaron una buena mezcla como pólvora fotográfica.


TRABAJO EXPERIMENTAL 1:
¿PODEMOS INTENTAR REALIZAR UNA PELÍCULA FOTOGRÁFICA SEMEJANTE A LAS PRIMERAS QUE SE USARON?

CÓMO HACER PAPEL FOTOGRÁFICO
Colaboración de Nicolás Yutronic, Químico, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile

¿Qué vamos a hacer?
Vamos a transformar papel común en papel fotosensible, es decir, papel sensible a la luz en el que podremos dejar impresa una forma o figura, para crear un fotograma utilizando una técnica alternativa de impresión fotográfica.

¿Qué necesitamos?
Solución A:
20 gramos de cloruro de sodio (sal común)10 gramos de citrato sódico 10 gramos de gelatina sin sabor 1000 cc. de agua destilada
Solución B:
10 gramos de nitrato de plata100 cc. de agua destilada1 pincelFijador: 150 gramos de tiosulfato de sodio1000 cc. de agua

Otros materiales: Cualquier tipo de papel, el más conveniente es el que se usa para pintar con acuarela. Botellas oscuras para guardar las soluciones sobrantes. Objetos translúcidos, como trozos de encaje, figuras recortadas u otro. Una cubeta. Un pincel.

¿Cómo lo hacemos?

1.- Solución A. Primero se disuelve la gelatina en agua tibia a unos 40ºC y después las sustancias restantes, agitando hasta lograr su completa disolución. La gelatina permite que la emulsión permanezca en la superficie del soporte.

2.-Esta solución se vierte en una cubeta, se toma una hoja de papel y se deja reposar sobre la superficie del líquido unos 3 minutos. Es conveniente "salar" varias hojas para agilizar el proceso.
3.-Dejar secar completamente la hoja de papel.
4.-Solución B. Disolver el nitrato de plata en el agua. Esta operación se debe realizar con luz muy tenue o luz de seguridad (de color rojo). Extender con un pincel la solución B sobre el papel salado.

5.-Dejar secar en la oscuridad. Este papel debe emplearse pronto, pues al cabo de unas horas se descompone. Guardar la solución restante en botellas oscuras.

6.-Exponer a la luz del sol el papel seco, durante unos 10 minutos, poniendo encima algún objeto traslúcido o con formas que permita pasar la luz y a la vez deje una impresión, como una hoja, encaje, objeto con diseños o recortes. El tiempo de exposición al sol depende de varios factores, principalmente de la cantidad de luz solar; a partir de los 5 minutos los cambios son fácilmente perceptibles.

7.-Terminada la exposición, la imagen se lava durante unos 5 minutos en agua corriente hasta que desaparezca el color blanco lechoso de las sales de plata no reducidas por la luz.

8.-Fijado. Se disuelve el tiosulfato de sodio en el agua y se sumerge el papel en este baño por 5 minutos, lo que rebaja parcialmente el tono de la imagen.

9.-Finalmente se lava en agua corriente por 15 minutos…¡La imagen ya está lista!


¿Cómo explicamos lo que sucedió?
El inicio del conocimiento acerca de la preparación y propiedades del nitrato o cloruro de plata se remonta a la Edad Media, época de búsqueda incesante de nuevos materiales por los alquimistas que buscaban la "piedra filosofal". Sólo en la primera mitad del siglo XVIII el científico y humanista Johan Heinrich Shulze, al intentar producir fósforo, mezcló yeso con ácido nítrico, que contenía plata, y tal como se relata el descubrimiento fortuito de la penicilina, dejó este preparado sobre una ventana, observando que la zona que recibía la luz se tornaba violácea, permaneciendo el resto inalterado.
Shulze publicó cómo su interés por producir material portador de luz le condujo a encontrar material portador de oscuridad. Estaba frente a la formación de una imagen fotográfica que, por carencia del conocimiento necesario, no logró ser fijada, terminando el material expuesto por oscurecerse totalmente.
Al incorporarse al papel salado una solución de nitrato de plata se obtiene una emulsión fotosensible.

La reacción química que se produce es la combinación entre el Cloruro de Sodio y el Nitrato de Plata para formar un precipitado negro de Cloruro de Plata, dejando en solución Nitrato de Sodio.
Para la remoción del exceso del cloruro de plata que no reaccionó con la luz, se emplea el fijador tiosulfato de sodio que se une a la plata formando una especie soluble más estable que el precipitado de cloruro de plata.

¿Lo ponemos en lenguaje químico?

Con nuestros conocimientos podemos plantear la ecuación que representa el proceso. Comparar las sustancias antes y después de la reacción. Clasificarlas. Justificar por qué es un fenómeno químico y por qué se la llama reacción de precipitación.


TRABAJO EXPERIMENTAL 2:
¿PODEMOS OBSERVAR LA LUZ QUE EMITÍAN LOS PRIMEROS FLASHES?

LUZ QUÍMICA

¿Qué vamos a hacer?
Vamos a observar la combustión del magnesio en el aire.

¿Qué necesitamos?
2 cm de cinta de magnesio
mechero de Bunsen
pinza metálica
cápsula de porcelana

¿Cómo lo hacemos?
Sostener el trozo de cinta de magnesio con la pinza metálica.
Encender el mechero y acercar la cinta a la llama.
Dejar caer las cenizas formadas sobre la cápsula de porcelana.
Observar y describir el fenómeno.