la chimica e la fotografia: un legame molto (foto)sensibile

di Francesca di Monte

La prima fotografia della storia: autore Nicéphore Niepce,1826

La prima fotografia della storia: autore Nicéphore Niepce,1826

“La fotografia permette di raggiungere l’eternità attraverso il momento”, diceva uno dei più grandi fotografi di sempre, Henri Cartier Bresson.
Ed è grazie alla chimica se riusciamo a trasformare un attimo di vita in una traccia che sopravvive nel tempo: sono le sostanze fotosensibili, insieme all’apparato ottico della macchina fotografica, a renderlo possibile.
Tutto ha avuto inizio con la creazione accidentale del primo composto fotosensibile ad opera del chimico tedesco Johann Heinrich Schulze, nel 1727.

Johann Heinrich Schulze

Johann Heinrich Schulze

Schulze miscelando in una bottiglia carbonato di calcio (gesso), acido nitrico e argento (si era ottenuto del carbonato di argento), si accorse che, sul lato della bottiglia esposta alla luce solare, si formava un oscuramento.
A quel punto, sperimentando ulteriormente, ricoprì un foglio di carta bianco con calce e nitrato d’argento, vi sovrappose un altro foglio con disegni e scritte ed espose il tutto al sole: ottenne un’immagine negativa del disegno e delle scritte, la prima fotocopia!

Da questo momento in poi l’argento diventerà l’elemento di base dei processi chimici della fotografia.
C’era solo un unico “piccolo” problema da risolvere: l’immagine non era fissata per sempre ma si anneriva man mano che passavano i minuti.

Bisognerà attendere quasi un secolo, e una serie di tentativi falliti, perché si riesca ad ottenere un’immagine stabilizzata nel tempo.
La svolta arriva ancora una volta ad opera di un chimico, il francese Nicéphore Niepce, che, ricercando un metodo per perfezionare la tecnica litografica (la stessa a cui si ispirano i processi di “incisione” dei microchip già esaminati: “Viaggio dentro un microchip“) giunse alla fotografia.
Niépce lavorava in questa direzione nell’intento di sopperire alle sue scarse capacità artistiche cercando di produrre impianti litografici senza l’intervento di un disegnatore.
Nel suo esperimento egli sostituì la tradizionale lastra di pietra usata nella litografia con una di rame e la inchiostrò con un sottile strato di bitume di Giudea, una sostanza discretamente sensibile alla luce, composta da bitume e argilla.  Sovrappose quindi alla lastra l’immagine di un cardinale, l’incisione che voleva riprodurre.  Dopo un’esposizione al sole di ben otto ore, nei punti in cui riuscì a raggiungere la lastra attraverso le zone chiare dell’incisione, la luce sensibilizzò il bitume (alla luce del sole il bitume, a differenza del nitrato d’argento, diventa bianco e si ispessisce).

Cardinale Georges d'Ambois : a sinistra l'incisione originale del 1650, a destra la copia in eliografia del 1826 di Niepce

Cardinale Georges d’Ambois : a sinistra l’incisione originale del 1650, a destra la copia in eliografia del 1826 di Niepce

Indurendosi il bitume non poté essere eliminato dal successivo lavaggio con olio di lavanda: normalmente era solubile in questo liquido ma l’azione della luce lo ispessiva rendendolo insolubile e mettendo così a nudo, dopo il trattamento con olio, le parti di metallo corrispondenti alle ombre delle immagini, esattamente come nella litografia.
Niepce era riuscito a fissare le immagini che si formavano con la camera oscura (nota 1) ottenendo quella che lui definì “eliografie” o, più semplicemente “points de vue”, punti di vista.

camera oscura con lenteLa tecnica della camera oscura era all’epoca usata da vari pittori ed era stata descritta per la prima volta da Leonardo da Vinci.  Già nel 1700 venivano largamente utilizzate da artisti come il Canaletto, delle camere oscure con lente per impostare quadri con problemi prospettici e riprodurre fedelmente architetture e scorci.

evoluzione della camera oscura con lente

evoluzione della camera oscura con lente

Niepce riesce a catturare quello che i pittori proiettavano per dipingere, la prima fotografia della storia è il suo “punto di vista dalla finestra“, ovvero la piccionaia che nel 1826 scorge dal suo studio di un edificio al terzo piano di Le Gras (N.d.R. vedi immagine all’inizio dell’articolo)

Nella sua continua ricerca di fissare le immagini ottenute per mezzo della luce del sole Niepce incontra un altro chimico, Daguerre, famoso in quegli anni per l’utilizzo del diorama (nota 2).
Ben presto nasce un’intensa collaborazione tra i due chimici: l’esperto Niepce, che aveva oltrepassato a quell’epoca i sessant’anni, e il giovane Daguerre, trentenne, firmano un vero proprio contratto in cui si impegnano ad unire le forze per portare alla perfezione e definire quello che Niepce aveva cominciato a creare.
Daguerre inizia così a sperimentare: sostituisce il bitume con la resina ottenuta dalla distillazione dell’essenza di lavanda sciolta in alcol ed espone la lastra a vapori di olio di petrolio, fino a quando gli accade il cosiddetto “colpo di fortuna”: dimentica un cucchiaio su una lastra argentata preparata con ioduro e dopo un po’ si accorge che l’immagine del cucchiaio è rimasta impressa in maniera nitida sulla lastra.

Non ci sono dubbi, lo ioduro di argento è sensibile alla luce!

Proprio in quei giorni muore il compagno Niepce ma questo non lo fa desistere dai suoi esperimenti ed ancora una volta il caso fa incontrare la chimica e la fotografia: in una giornata nuvolosa Daguerre ritira dalla finestra le lastre di ioduro di argento che lasciava esposte fuori per ore ed ore dopo la scoperta del cucchiaio e le chiude in un armadio, deciso a ricominciare l’esperimento non appena fosse tornato il sole.
Trascorso qualche giorno Daguerre va a riprendere le lastre e dopo solo pochi minuti, una quindicina, si accorge che queste vengono impressionate, dando immagini nitide e fissate: qualcuno dei prodotti chimici che erano nell’armadio aveva sviluppato l’immagine in poco tempo, restava solo da scoprire quale.
Daguerre comincia a provare pazientemente ognuna delle miscele chimiche presenti nel suo armadio fino a quando scopre che la sostanza miracolosa è il mercurio, nello specifico i vapori del mercurio che era contenuto in un barattolo, capaci di svelare e fissare in maniera indelebile le immagini.

dagherrotipo

dagherrotipo

Nel 1839 viene così messo in commercio il dagherrotipo, un ingombrante apparecchio di 30 x 37 x 50 centimetri in cui venivano inserite le apposite lastre sensibili.
I brevi tempi di esposizione e la definizione dei particolari delle immagini che si ottenevano ne consacrarono la diffusione in tutta Europa e negli Stati Uniti e la dagherrotipia divenne una vera e propria mania collettiva: tutti volevano riprodurre la vista dalla propria finestra!

Intanto altre ricerche e altri esperimenti si concentravano sulla riproduzione dell’immagine sul più economico e più pratico supporto a cui si potesse aspirare: la carta.
Fu un altro chimico, William Hardy Talbot, ad aprire la strada alla vera e propria fotografia chimica mettendo a punto la tecnica della calotipia (il nome deriva dalle parole greche kalos-bello e topos -stampa) attraverso cui le immagini diventarono per la prima volta riproducibili.

Calotipo ad opera di Talbot, 1840

Calotipo ad opera di Talbot, 1840

Mentre era in luna di miele in Italia Talbot usò una camera lucida (3) come supporto al disegno.  Tornato in Inghilterra, tentò di fissare l’immagine su un foglio di carta. Vi riuscì immergendo la carta in una soluzione di sale da cucina e nitrato d’argento, provocando la formazione di cloruro d’argento imbevuto nel foglio.  Quando mise degli oggetti come piume e foglie sopra la carta ed espose il tutto alla luce Talbot notò la comparsa di un negativo, cioè l’immagine veniva proiettata sul foglio ma con toni invertiti.
Per fissare il negativo così ottenuto usò inizialmente una forte soluzione di sale da cucina (cloruro di sodio), che rese il nitrato d’argento meno sensibile alla luce, ma questo non risolveva completamente il problema.
Alla soluzione definitiva arrivò il chimico e astronomo John Herschel con l’utilizzo dell’iposolfito di sodio (tiosolfato di sodio, Na2S2O3) in grado di fissare le immagini a lungo.
Da qui al rullino fotografico il passo è breve: nel 1871 Richard Leach Maddox mise a punto una nuova emulsione, preparata con bromuro di cadmio, nitrato d’argento e gelatina animale.
La vera svolta arriva quando Charles Bennet scopre che si poteva aumentare la sensibilità riscaldando a lungo l’emulsione a base di gelatina prima di stenderla sulla lastra di vetro.  La gelatina secca permetteva tempi di esposizione di 1/25 di secondo e rese possibile la creazione di fotocamere da usare a mano libera.

La prima macchina fotografica: la Kodak N.1

La prima macchina fotografica: la Kodak N.1

Pochi anni dopo, nel 1888, nasce la Kodak Numero 1, la prima macchina fotografica che utilizza una pellicola avvolgibile, in cui il materiale fotosensibile era cosparso inizialmente su carta e, dal 1891, su una pellicola di celluloide avvolta in rulli, la moderna pellicola fotografica.

Nell’evoluzione e negli esperimenti che si susseguirono negli anni abbiamo visto come siano cambiati i vari supporti (rame, vetro , metallo, carta, celluloide) ma nelle emulsioni fotosensibili l’argento rimane l’elemento chimico protagonista indiscusso.
Perché proprio l’argento?

La sensibilità alla luce dell’argento è data in particolare dai sali di argento (alogenuri di argento: AgCl, AgBr, AgI) e l’immagine finale, nella fotografia in bianco e nero è data dalle particelle di argento metallico puro.
Stampare in bianco e in nero consiste nel trasformare i sali di argento (che sono bianchi o colore avorio) in argento metallico nero e questo processo può avvenire in due modi:
– Per annerimento diretto:  l’immagine viene a formarsi esponendo la carta sensibile ad un’intensa luce che provoca l’annerimento dei sali di argento.   Le lastre fotografiche vengono poi immerse in una soluzione che fa annerire l’emulsione nei punti appena intaccati dalla luce filtrata dall’obiettivo e corrispondenti alle parti illuminate dell’immagine esterna.
– Per sviluppo:  la carta viene esposta ad una luce molto più debole e l’annerimento viene provocato solo successivamente all’esposizione con il cosiddetto “sviluppo”, ovvero un bagno che permette di rendere visibile l’immagine latente* riducendo ad argento metallico i granuli di alogenuro d’argento colpiti dalla luce.

emulsione con grani sospesi in matrice gelatina

emulsione con grani sospesi in matrice gelatina

Una tipica pellicola fotografica contiene tanti minuscoli cristalli di alogenuri di argento, detti “grani”, molto poco solubili, come per esempio il bromuro di argento (AgBr).
I grani sono sospesi in una matrice di gelatina a formare la cosiddetta “emulsione“.

Quando la luce o una radiazione di lunghezza d’onda appropriata colpisce uno dei cristalli dell’ alogenuro di argento si innescano una serie di reazioni che producono una piccola quantità di argento nel grano.

All’inizio quando lo ione bromuro assorbe il fotone luminoso, si produce un atomo di bromo libero:
foto-ossidazione del bromo dal brumuro di argento Successivamente lo ione d’argento si combina con l’elettrone per produrre un atomo di argento:
riduzione ione argento

L’argento libero prodotto nei grani esposti di alogenuro d’argento costituisce l’ “immagine latente”, cioè *l’immagine invisibile a occhio nudo che si forma nell’emulsione fotografica colpita dalla luce.   E che diventa visibile solo mediante l’azione chimica del bagno di sviluppo.

La sensibilità alla luce del film di alogenuro di argento (indicata sul rullino con ASA negli USA o DIN in Europa) è direttamente proporzionale alla dimensione del grano ed alla specifica composizione dell’alogenuro impiegato.

riduzione ioni argento ad opera di idrochinone

riduzione ioni argento ad opera di idrochinone

Dopo l’esposizione alla luce è necessaria la fase di sviluppo: un unico fotone che colpisce un grano di AgBr produce la formazione di almeno 4 atomi di argento ridotto; utilizzando opportune sostanze riducenti (che agiscono da “rivelatori“) si riesce a trasformare velocemente una enorme quantità di ioni argento in argento elementare specialmente se nei grani si sono già formati germi di atomi neutri di Ag.
La sostanza riducente più comunemente usata per foto in bianco e nero è una soluzione di idrochinone; un rivelatore tipo contiene una o due molecole riducenti, un antiossidante e un tampone alcalino che mantenga costante il progredire della reazione regolando il pH.
Per impedire il retrocedere della reazione di equilibrio si tratta con Na2SO3: la reazione produce ioni OH che catturano ioni H+ prodotti nella reazione precedente.

Il borace in soluzione agisce come tampone assorbendo gli ioni H+ formatosi dalla precedente reazione:
Na2B4O7 + 10H2O ==> 2H3BO3 + 2Na+ + 2B(OH)4 + 3H2O
H+ + B(OH)4 ==> B(OH)3 + H2O
La reazione di sviluppo è strettamente collegata alla temperatura e al tempo di immersione: se si lascia la pellicola nel bagno per un tempo prolungato, a temperatura troppo elevate, si ha un annerimento totale.
Dopo lo sviluppo è necessario eseguire il cosiddetto “bagno di arresto“: si immerge la carta in una soluzione di acido acetico in modo che gli ioni H+ abbassino il pH impedendo all’idrochinone di trasformarsi in chinone.
A questo punto se dalla pellicola già trattata non viene eliminato l’Ag+ Br- residuo, c’è il rischio che, in seguito all’esposizione alla luce, anche questo reagisca producendo Ago e annerendo quindi la pellicola.   Con il processo di “fissaggio” si lava via solo lo ione Ag+ non trasformato, in modo che sulla pellicola rimanga solo l’Ag ridotto.  Il fissatore utilizzato è Na2S2O3 tiosolfato di sodio che legandosi con l’AgBr forma un complesso solubile che viene portato via attraverso numerosi lavaggi della pellicola.

AgBr (solido, insolubile) + 2 S2O32- ==> Ag(S2O3)23- (complesso solubile) + Br
Sulla pellicola resta in questo modo solo Ag0, mentre Ag+ passa nelle acque di lavaggio dalle quali può anche essere recuperato, dato che sulla pellicola ne resta il 20-40%.

ingranditore fotografico

ingranditore fotografico

Sul negativo sviluppato, fissato e sottoposto a lavaggio rimangono delle zone scure, dovute alla formazione di Ago, e delle zone chiare, quelle dalle quali l’AgBr non trasformato è stato eliminato attraverso il fissaggio con tiosolfato di sodio.
Facendo attraversare un fascio di luce luminosa attraverso il negativo e colpendo una carta sensibile si ottiene la stampa in bianco e nero.
La carta sensibile contiene a sua volta grani di AgBr ( o di AgCl più stabile), più piccoli di quelli della pellicola, quindi molto meno reattivi e più facili da trattare rispetto ad una pellicola non sviluppata, perché i tempi di reazione sono più lunghi.

Il procedimento di stampa per le foto colorate è molto più complesso.  L’emulsione consiste di tre strati sensibili al rosso, blu e verde che danno origine rispettivamente ai colori ciano, magenta e giallo.  Questi tre colori fondamentali combinati tra loro e assieme al nero, danno poi origine a tutti i colori dello spettro.

Oggi il vecchio rullino fotografico è stato quasi completamente sostituito dalla fotografia digitale in cui il supporto di partenza non è più la pellicola utilizzata nella fotografia analogica ma i file creati dalla fotocamera digitale.
I file vengono poi inviati a stampatrici digitali che impressionano, tramite tecnologia ottica, la carta fotografica ad emulsione, questa viene poi inviata allo sviluppo tramite il procedimento chimico già descritto.

Duecento anni di storia della fotografia hanno visto un susseguirsi di processi chimici, metodi e utilizzo di vari supporti per catturare la realtà.
Oggi l’elettronica gioca un ruolo importante e indiscusso ma sono gli stessi principi chimici degli albori che ci permettono di conservare a lungo gli istanti vissuti.

locale per sviluppo fotografico

NOTE

1 – Camera Oscura:   una camera oscura può essere composta da una semplice scatola chiusa con un piccolo foro stenopeico su un lato che lasci entrare la luce. Questa luce proietta sul lato opposto all’interno della scatola l’immagine capovolta di quanto si trova avanti al foro. Più il foro è piccolo e più l’immagine risulta nitida e definita. Il pregio maggiore di una camera così semplice è che tutti gli oggetti paiono a fuoco (anche se nessuno lo è), a prescindere dalla loro distanza dal foro: in altre parole il foro stenopeico si comporta come un obiettivo che non ha una sua lunghezza focale specifica

2 – Diorama:   sala circolare che poteva contenere fino a 300 persone in cui venivano proiettate immagini su una piattaforma girevole di vedute dipinte su tele di cotone trasparenti illuminate in modo da ottenere un gioco di chiaroscuri che riproducevano in maniera fedelissima gli effetti della luce in natura

3 –  La camera lucida è un dispositivo ottico utilizzato dagli artisti come ausilio per il disegno.La camera lucida permette di sovrapporre otticamente l’immagine da ritrarre sulla superficie sulla quale si sta disegnando. L’artista può vedere contemporaneamente sia la scena che la superficie del disegno come in una doppia esposizione fotografica. Questo permette di trasferire i punti chiave dalla scena alla superficie di disegno, cosa di grande aiuto per un’accurata resa prospettica. L’artista può anche tracciare facilmente i contorni degli oggetti nella scena. Utilizzando un foglio bianco, la scena sovrapposta tende a svanire quindi è più efficace utilizzare carta nera e disegnare con una matita bianca.

 

FONTI

http://www.massimotalamini.it/blog/2011/09/la-callitipia-metodo-van-dyke-o-stampa-bruna/
http://www.unicam.it/plschimica/fotografia.asp
http://www.photogallery.it/storia/ichimica.html
http://www.fotochepassione.com/Storia/merstor5.htm
http://www.goldimages.it/articoli%20experta/talbot.htm
http://www.ilnotiziario.org/le-grandi-invenzioni/la-fotografia-parte-prima.html
http://www.larapedia.com/chimica_fotografia_in_bianco_e_nero/chimica_fotografia_in_bianco_e_nero.html
http://www.itsos.gpa.it/storia/radio/fototesti/bromuro.htm
http://www.storiadellafotografia.it/2009/11/08/claude-felix-abel-niepce-de-saint-victor/#more-314
http://fotografia.tesionline.it/foto/articolo.jsp?id=1869

2 risposte a la chimica e la fotografia: un legame molto (foto)sensibile

  • Mattia scrive:

    Salve a tutti,

    Innanzitutto ottimo articolo per chi come me ama la la chimica ed anche la fotografia. Vi scrivo per saper se potreste consigliare un libro che narra la storia della fotografia con accenni alla chimica. Grazie

    Mattia

  • Benedetto Raimondi scrive:

    Avete scritto:
    Schulze miscelando in una bottiglia carbonato di calcio (gesso)… etc
    Il carbonato di calcio NON è il gesso!
    Il gesso è costituito da solfato di calcio.

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