Química fotográfica

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti, Eduardo Reciulschi Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Química Temática: Aplicación de reacciones de óxido reducción a diferentes procesos fotográficos Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Introducción a la actividad

Todos tenemos alguna fotografía preferida, la de un viaje, un cumpleaños, alguna foto familiar o a lo mejor la de nuestros amigos. Pero ¿qué es la fotografía? En principio, se trata de un método que captura imágenes mediante la reacción de la luz con un material sensible a ella, que puede estar depositado sobre un papel, una película u otros materiales como madera, piedra o una pared.

Hay muchos materiales o sustancias químicas que cambian en presencia de luz: se los llama fotosensibles. Desde antes de la Revolución de Mayo se fabrican diferentes papeles “sensibilizados” utilizando sustancias que no cambian cuando están en la oscuridad pero que sí lo hacen cuando interactúan con la luz.

Cuando estas sustancias se exponen a la luz se transforman; por ejemplo, un papel sensibilizado con un pigmento conocido como verde de Berlín, al ser expuesto a la luz se vuelve azul. Este cambio se debe a la formación de un pigmento azul conocido como azul de Prusia, muy utilizado para pintar. Este fue uno de los primeros procesos fotográficos desarrollados, y se utilizaba para sacar copias de dibujos y objetos (casi como una fotocopiadora antigua), que se conocen como cianotipos. En este caso se utilizan compuestos de hierro que pueden formar sustancias coloreadas muy estables. Por otra parte, en la fotografía blanco y negro se utilizan compuestos de plata que también son fotosensibles.

Hasta ahora describimos lo que observamos, pero ¿qué es lo que ocurre con estas sustancias químicas al ser expuestas a la luz? Se producen reacciones químicas, en este caso de oxidación y reducción (ver secuencias de Reacciones químicas y Oxidación y Reducción). Luego de lograr la impresión de la imagen, los procesos de revelado, fijación y lavado también involucran otros cambios químicos y físicos. Por ejemplo para detener la acción del revelador se utiliza ácido acético (ver secuencia de Ácidos y Neutralización). Este ácido reacciona con la sustancia presente en el revelador (por ejemplo el metol) y detiene la reacción redox que tiene lugar para que aparezca la imagen en el papel fotográfico.

Les proponemos investigar sobre diferentes procesos fotográficos y su evolución histórica. En esta secuencia solo haremos referencia al proceso blanco y negro no digital.

Objetivo de la actividad

Que los alumnos:

Apliquen conceptos de óxido-reducción a diferentes procesos fotográficos.

Reconozcan conceptos químicos como ácido-base y solubilidad en un contexto práctico.

Organicen actividades para una feria de ciencias.

Actividad 1. Línea histórica

La idea de la fotografía surge a partir de dos experiencias muy antiguas:

1. El descubrimiento de la cámara oscura

Si en un día soleado uno se encuentra en una habitación que tiene una persiana cerrada pero que presenta pequeños orificios por donde pasa la luz, podemos observar imágenes invertidas del exterior sobre las paredes. Este es el principio de la cámara oscura; pueden investigar más detalles de esta cámara en el siguiente sitio.

Cámara oscura

El descubrimiento de los principios de la cámara oscura se han atribuido a Mo -Tzum, en la China de hace 25 siglos, a Aristóteles (300 a. C.), al erudito árabe Ibn al Haitam (año 1000), al inglés Bacín (1250), etc., pero la primera descripción completa e ilustrada sobre el funcionamiento de la cámara oscura aparece en los manuscritos de Leonardo da Vinci (1452-1519).

2. El descubrimiento de las sustancias fotosensibles

Se observa que al retirar un objeto dejado a la luz, durante algún tiempo, sobre una hoja verde, esta conserva la silueta del objeto. Ya en 1663 Robert Boyle describía cómo el cloruro de plata (AgCl) se volvía negro al exponerse a la luz. En ese momento lo explicó diciendo que el aire tenía poder oxidativo. Pero en 1757 Giovanni Battista demostró que este efecto se debía a la acción de la luz. A partir de entonces los estudios sobre la naturaleza de la luz fueron completándose y se realizaron los primeros esfuerzos para fijar imágenes y dibujos por medio de la luz.

a. Miren los siguientes videos:

Video 1, muestran como se puede armar una cámara oscura en una habitación (BBC, duración: 1.26 minutos).

Video 2, descubrimiento de procesos químicos desde Talbot en adelante (BBC, duración 10 minutos).

Video 3, un recorrido por la historia de la fotografía (BBC, duración: 3.20 minutos).

Video 4, un recorrido con imágenes por historia de la fotografía (History Channel , duración: 9.55 minutos)

(Nota: los videos están traducidos al español o con subtítulos)

b. Construyan una línea de tiempo utilizando el programa Cronos. Incluyan toda la información extraída de los videos anteriores y consulten sitios como el siguiente.

Señalen los diferentes procesos químicos que han encontrado en estos materiales.

Actividad 2. Fotografía en blanco y negro

Las películas y papeles fotográficos tradicionales consisten en un trozo de celuloide cubierto por una emulsión de gelatina (ver secuencia de Sistemas coloidales) que contiene muy pequeños cristales de bromuro de plata (AgBr). Cuando estos granos o cristales de bromuro de plata son expuestos a la luz, se ponen negros. Lo que ocurre es un proceso de oxidación y reducción, por lo tanto de transferencia de electrones, inducido por la luz.

Por ahora la imagen no es visible, es lo que se conoce como imagen latente. Para que aparezca la imagen, este papel debe someterse al proceso de revelado utilizando un agente reductor (generalmente un compuesto orgánico). En este proceso el revelador actuará más rápidamente en los lugares que fueron más expuestos a la luz y que por lo tanto contienen una mayor cantidad de átomos de plata. Estas sustancias reveladoras son ricas en electrones y reducen los iones plata a una velocidad adecuada.

Se pueden representar ambos procesos con una ecuación general como la siguiente:

AgBr + luz →  AgBr*

2 AgBr* + C6H6O2 (hidroquinona) → 2 Ag+ 2 HBr + C6H4O2 (quinona)

Si se dejase actuar el revelador mucho tiempo, el papel fotográfico se pondría completamente negro ya que le daríamos tiempo a todos los iones plata (Ag+) a reducirse. Por lo tanto cuando aparece la imagen en las tonalidades adecuadas el proceso debe detenerse. Se utiliza ácido acético para esta función porque los reveladores solo actúan en medio básico. Al bajar el pH debido al agregado del ácido el agente reductor pierde su capacidad de ceder los electrones.

Para que la fotografía no pierda sus tonalidades y no se ponga negra con el tiempo por efecto de la luz, la imagen se debe fijar. En este proceso se eliminan todos los iones plata (Ag+) que no hayan reaccionado en la etapa anterior. Se utiliza tiosulfato de sodio (Na2S2O3) o “solución hipo” que forma un compuesto extremadamente soluble en agua que puede ser eliminado posteriormente al lavar la fotografía.


Parte A:

Hagan un diagrama de cada una de las etapas mencionadas previamente, utilizando el programa C-map o cualquier otro que les parezca adecuado. Incluyan todo el material de reacciones químicas e imágenes que puedan encontrar, por ejemplo en sitios como el siguiente.


Parte B. Comprobemos los procesos anteriores en el laboratorio:

Materiales necesarios

Nitrato de plata (AgNO3)

Bromuro de sodio o de potasio (NaBr/KBr) o cloruro de sodio o de potasio (NaCl/KCl). Estos últimos pueden ser reemplazados por sal de mesa y sal dietética respectivamente.

Agua destilada

8 tubos de ensayos o recipientes similares

Varillas de vidrio o cucharitas

Cucharitas de té

Revelador (o los reactivos mencionados en las instrucciones alternativas)

Ácido acético o vinagre

Fijador (o los reactivos mencionados en las instrucciones alternativas)

Pipeta o gotero

Velador

Guantes

Reloj o cronómetro


Procedimiento

Colocarse los guantes.

Preparar una solución de nitrato de plata disolviendo una cucharadita de té en 10 mL de agua destilada. Nota: evitar el contacto con la piel pues la solución deja manchas negras (igual que en una foto). Agregar una gota de acido nítrico diluido y tomar el pH con cintas de papel.

Preparar una solución de bromuro de potasio o de sodio (en caso de no disponer del mismo utilicen cloruro de sodio, sal de mesa o cloruro de potasio, sal dietética). Disolver una cucharadita de té en 10 mL de agua destilada.

En un tubo de ensayos o recipiente similar colocar 1 mL de la solución de nitrato de plata y 1 mL de la solución de bromuro de sodio. Observar y anotar si se produce algún cambio.

Exponer el tubo de ensayo a la luz de un velador o el sol si el día no está nublado. Observar si se producen cambios en función del tiempo (cada 5 minutos observar y registrar).

En otro tubo de ensayos colocar nuevamente 1 mL de la solución de nitrato de plata y 1 mL de la solución de bromuro de sodio. Agregar  gota a gota (pueden utilizar una pipeta o un gotero de un medicamento pero limpio) solución reveladora comercial. Si no disponen de esta solución pero cuentan con los reactivos adecuados pueden prepararla de la siguiente forma: 750 cm3 de agua destilada a 50 ºC, 2 gramos de metol, 5 gramos de hidroquinona, 100 gramos de sulfito de sodio y 2 gramos de bórax. Tomen el pH de la solución reveladora.

Observar qué ocurre al agregar gota a gota la solución reveladora, comparen con los resultados obtenidos anteriormente.

Colocar en un tubo de ensayo 1 mL de la solución de nitrato de plata, unas gotas de vinagre y 1 mL de la solución de bromuro de sodio. Observar y tomar nota de los cambios que se producen.

Repetir el agregado de solución reveladora, como en el caso anterior, y comparar los resultados con y sin vinagre. Tomen el pH de cada solución.

En otro tubo de ensayo colocar nuevamente 1 mL de la solución de nitrato de plata y 1 mL de la solución de bromuro de sodio. Agregar gota a gota una solución de fijador comercial y observar los cambios. Si no cuentan con este producto, lo pueden preparar de la siguiente forma: 200 gramos de tiosulfato de sodio en un litro de agua destilada.

Utilizando las herramientas del programa Calc hacer una tabla para presentar todos los resultados.

Realizar una presentación Impres que relacione el diagrama realizado en la Parte A con los experimentos y resultados obtenidos en la Parte B.

Actividad 3. Feria de ciencias: Película fotográfica y flash

Papel fotográfico

Vamos a transformar un papel común en un papel fotosensible con el que haremos un fotograma, es decir en lugar de usar un negativo fotográfico lograremos la imagen de un objeto.

Materiales:

- Solución A:

20 gramos de cloruro de sodio (sal común)

10 gramos de citrato sódico

10 gramos de gelatina sin sabor

1000 cm3 de agua destilada


- Solución B:

10 gramos de nitrato de plata

100 cm3 de agua destilada

1 pincel.


Fijador:

150 gramos de tiosulfato de sodio

1000 cm3 de agua

Cualquier tipo de papel, el más conveniente es el que se usa para pintar con acuarela

Un pincel

Una bandeja

Botellas oscuras para guardar las soluciones sobrantes

Objetos translúcidos, como trozos de encaje, figuras recortadas, filminas con imágenes


Procedimiento:

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 bandeja, se toma una hoja de papel y se deja reposar sobre la superficie del líquido unos 3 minutos. Es conveniente preparar varias hojas por vez para agilizar el proceso y aprovechar mejor los reactivos.

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 (preparado en los pasos anteriores).

5.- Dejar secar en la oscuridad. Este papel debe emplearse pronto, pues al cabo de unas horas se descompone. Guardar la solución B restante en botellas oscuras (frascos color caramelo o recubiertos exteriormente con papel de aluminio).

6.- Exponer a la luz del sol el papel seco, durante unos 10 minutos, poniendo encima algún objeto traslúcido o con formas que permitan 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.

Hagan una presentación explicativa con Impress: incluyan la explicación de cada uno de los pasos, pueden consultar algunos de estos sitios:

Sitio 1

Sitio 2

Tengan en cuenta que la reacción química que se produce es la combinación entre el cloruro de sodio y el nitrato de plata para formar un precipitado (ver secuencia de Reacciones de precipitación) de cloruro de plata sobre el papel, dejando en solución nitrato de sodio. Luego de exponer el cloruro de plata, se retira el exceso del mismo utilizando el fijador.


¿Cómo se puede preparar un flash para sacar fotos en el laboratorio de química?

Materiales:

2 cm de cinta de magnesio

Mechero de Bunsen

Anteojos de seguridad

Fósforo

Pinza metálica

Una cápsula de porcelana o recipiente resistente


Procedimiento:

1. Ponerse los anteojos de seguridad.

2. Sostener el trozo de cinta de magnesio con la pinza metálica.

3. Encender el mechero y acercar la cinta de Mg a la llama.

4. Dejar caer las cenizas formadas sobre la cápsula de porcelana.

5. Describir las reacciones químicas que ocurren.

Pueden buscar más información acerca del desarrollo del flash en los siguientes sitios:

El Flash 1

El Flash 2

Enlaces de interés y utilidad para el trabajo en el aula

Actividad: Reacciones químicas

Actividad: Oxidación y Reducción

Actividad: Ácidos

Actividad: Neutralización

Actividad: Velocidad de reacciones

Actividad: Solubilidad en sólidos

Bibliografía / Webgrafía recomendada

Curso de iniciación a la fotografía, sitio con aspectos físicos y químicos del proceso fotográfico. Está separado en capítulos y tienen imágenes claras de cada uno de los pasos. Hay ejercicios de autoevaluación. Bibliografía en español para seguir investigando el tema.

Procesos fotográficos artesanales, explicación de cianotipos, procedimientos y otras técnicas alternativas.

Química del proceso fotográfico en el minilab, información sobre los diversos procesos fotográficos, con diagramas.

Joan Torrent Burgués, Química fotográfica, Ediciones UPC, 2001.