Size and Developability of Latent Image Specks

Abstract

The method developed earlier to study the stability of small silver panicles (Ref. 7) has becn now applied 10 model the behaviour of latent image specks on silver bromide layers. It has been unambiguously proved that the equilibrium potential of silver specks is determined by the Gibbs-Thomson equation indicating that the potential is always more ncgative than the bulk silver electrode. It is found that the specific surface free energy of the particles is the same on carbon and silver bromide, but is profoundly lowered if the particles on either substrate are covercd with a thin layer of gelatin. Thus the well known stabilizing effect of gelatin on latent image specks can now be explained simply by its strong influence on the specific free energy of the interface. It is further argued that the results justify an extrapolation based on the Gibbs-Thomson equation, allowing thus an approximate evaluation of the critical size of the developable latent image speck. This, in strikingly good agreement with other estimates, is found to contain not more than 10 atoms of silver. The results are believed to support substantially the elcctrode theory of development. Depending on ΔE of the developer, a speck containing a few atoms of silver is already stable on the silver bromide/gelatin interface and it stans to grow by extracting electrons from the reducing agents. The induction period eems to be connected with geometrical restrictions, since electrons can be injected only through the surface of the growing silver peck.

Résumé

La méthode mise au point précédemment pour étudier la stabilité de petites particules d´argent (7) est maintenant utilisée pour représenter le comportement des germes d´image latente sur les couches de bromure d´argent. Il a été prouvé sans ambiguité que le potentiel d’équilibre des germes d’argent, est déterminé par l’équation de Gibbs-Thomson, indiquant que le potentiel est toujours plus négatif que celui d’une électrode massive d’argent. Il est montré que l’énergie libre spécifique de surface des particules est la même sur le carbone et sur le bromure d´argent, mais qu´elle est fortement abaissée lorsque les particules sur chacun de ces substrats sont recouvertes par une mince couche de gélatine. Ainsi l´effet stabilisant bien connu de la gélatine sur les germes d´image latente, peut maintenant être expliquée simplement par l´influence marquée de ce matériau sur l´énergie libre spécifique de l´interface. On montre par ailleurs que les résultats peuvent être extrapolés à l´aide de l´équation de Gibbs-Thomson, extrapolation qui permet d´évaluer approximativement les dimensions critiques des germes d´image latente développables. Il a été ainsi trouvé, en accord étonnamement satisfaisant avec les autres estimations, que les germes d´image latente ne contiennent pas plus de 10 atomes d´argent. On considère que ces résultats confirment la théorie électrolytique du développement. Dépendant du ΔE du développateur, un germe constitué par quelques atomes d´argent situés à une interface bromure d´argent gélatine est stable et commence par croître en extrayant les électrons des composés réducteurs. La péroide d´induction semble être imposée par des restrictions géométriques puisque les électrons peuvent être injectés seulement à travers la surface du germe d´argent en cours de croissance.

Zusammenfassung

Eine bereits früher entwickelte Methode zur Untersuchung der Stabilität von kleinen Silberpartikeln (ref. 7) wird in der vorliegenden Arbeit zur Untersuchung von Latentbildkeimen auf Silberbromidschichten verwendet. Es konnte sichergestellt werden, daß das Gleichgewichtspotential der Silberkeime durch die Gibbs-Thomson Beziehung bestimmt wird und mithin stets negativer ist als das der massiven Silberelektrode. Es wurde gefunden, daß die spezifische freie Oberflächenenergie der Ag-Partikel auf einer Kohlebzw. Silberbromidoberfläche jeweils gleich ist, sie wird jedoch für beide Oberflachen wesentlich erniedrigt, wenn die Ag-Keime mit einer dünnen Gelatineschicht bedeckt werden. Damit wird der wohlbekannte Stabilisierungseffekt der Gelatine auf Latentbildkeime durch den starken Einfluß der Gelatine auf die spezifische freie Grenzflächenenergie erklärt. Durch eine Extrapolation auf der Basis der Gibbs-Thomson Beziehung läßt sich weiterhin eine Abschätzung für die kritische Größe eines entwickelbaren Latentbildkeimes durchführen. Diese kritische Größe beträgt danach nicht mehr als 10 Silberatome. Die Ergebnisse unterstützen im wesentlichen die Elektrodentheorie der Entwicklung. Je nach ΔE-Wert des Entwicklers ist bereits ein aus wenigen Silberatomen bestehender Latentbildkeim an der Silberbromid Gelatine Grenzfläche stabil und beginnt durch Aufnahme von Elektronen aus dem Reduktionsmittel und Ag +-Ionen aus dem AgBr-Kristall zu wachsen. Die Induktionsperiode scheint mit geometrischen Beschränkungen zusammenzuhängen, da die Elektronen nur durch die Oberfläche des wachsenden Silberkeimes aufgenommen werden können.

Riassunto

Il metodo già sviluppato per studiare la stabilità di piccole particelle di Ag, è stato ora applicato ad un modello per lo studio del comportamento dei centri di immagine latente in strati di bromuro di Ag.

E’ stato provato chiaramente che l´equilibrio di potenziale dei centri di Ag è determinato dalla equazione di Gibbs-Thomson. E´ stato anche trovato che l’energia specifica libera delle particelle è la stessa sia su carbone che su bromuro di Ag; tuttavia essa è profondamente abbassata se le particelle, su entrambi i substrati, sono coperte da un sottile strato di gelatina.

Il noto effetto stabilizzante della gelatina sui centri di immagine latente, può essere ora semplicemente spiegato riferendolo alla sua forte influenza sull´energia libera specifica all´interfaccia.

E´ stato ulteriormente pensato, che i risultati giustificano una estrapolazione basata sull’equazione di Gibbs-Thomson, che permetta una approssimata valutazione dell´aspetto critico del centro di immagine latente sviluppabile.

Questo, in buon accordo con altre valutazioni, contiene non più di 10 atomi di Ag.

I risultati supportano, sostanzialmente, la teoria dell´elettrodo dello sviluppo. In relazione al ΔE dello sviluppatore, il centro contenente ? atomi di Ag è già stabile all´interfaccia bromuro di Ag/gelatina ed incomincia ad aumentare quando vengano tolti elettroni dall’agente riducente.

Il periodo di induzione sembra essere collegato con restrizioni geometriche, poichè gli elettroni possono essere iniettati solamente attraverso la superficie dei centri di Ag in corso di ingrossamento.