"Тайное становится явным!" - исследовательская работа

X Всероссийская с международным участием

научно-практическая конференция

 «С наукой в будущее».

 

НАПРАВЛЕНИЕ: химия

Тайное становится явным!

Исследовательская работа

                                                               Выполнена  учащимся 8 «а» класса

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                                           школа №76», МО «Котлас»

                                                                                Архангельской области

Ковковым Владиславом

Денисовичем

 Научный руководитель:

                                                                             учитель химии и биологии

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                                            школа №76», МО «Котлас»

                                                                               Архангельской области

                                                                          Петухова Наталья Сергеевна

Котлас, 2019

Содержание

Введение………………………………………………..……….…….…..3

Глава 1. Основная часть……………………………………………….…..4

1.1.          История симпатических (невидимых) чернил……………….......4

1.2.          Виды симпатических чернил………………………………..…..  6

1.3.          Область применения симпатических чернил……………………7

Глава 2. Экспериментальная часть……………………………….…......8

2.1. Изготовление невидимых чернил в домашних условиях…………...8

2.2. Методика приготовления и проявления симпатических чернил с использованием химических реагентов…………………………..…………..8

Заключение…………………………………….………………….……..10

Список литературы……….…………………………….…………….....11

Приложение………………………………………….……….…….…....12

Введение

В магазине продается «ручка – шпион». Это очень интересная и необычная ручка, когда ей пишешь, надпись не видна на бумаге, но стоит подсветить надпись ультрафиолетовым фонариком, встроенным на другом конце ручки, надпись проявляется и ее легко можно прочесть. Мне очень понравилось это изобретение, и я решил выяснить, что же внутри за вещество такое и почему оно невидимое.  Изучив литературу, я выяснил, что такие чернила называются не просто невидимые, а симпатические.

             Актуальность исследования: симпатические чернила можно использовать для написания тайных писем, защиты различных документов (сертификатов, аттестатов, лицензий, удостоверений, паспортов, виз, денежных купюр), что является важной и весьма наукоемкой задачей.

   Целью моей работы является: узнать, что такое симпатические чернила и изготовить невидимые чернила в домашних условиях своими руками.

Задачи: 

·                      Изучить научно-познавательную литературу по теме исследования;

·                     Приготовить симпатические чернила.

·                     Проявить симпатические чернила и выяснить механизм действия.

Гипотеза: изготовить симпатические чернила можно не только в лабораторных условиях, но и в домашних.

  Объект исследования: растворы химических веществ, на основе которых изготавливаются симпатические чернила.

Предмет исследования: симпатические чернила и способы их проявления.

Методы исследования:

·                   анализ научно-популярной литературы

·                   наблюдение;

·                   поиск информации в Интернете

·                   эксперимент.

Глава 1. Основная часть

1.1.          История симпатических (невидимых) чернил.

Симпатические чернила – так называют жидкости, которые при письме не оставляют на бумаге никакого цветного следа. Прочитать надпись можно, только если обработать бумагу специальным образом. Существует целая наука, занимающаяся невидимыми письмами - стеганография.

Первым, кто записал способ изготовления таких чернил, был Филон Александрийский – сделал он это еще в I веке нашей эры. Он описал способ изготовления «тайных» чернил из сока чернильных орешков, для проявления которых использовался раствор железомедной соли.

Римский поэт Публий Овидий Назон  предлагал использовать для написания текста молоко, проявляющееся после присыпания его порошком из сажи.

Секрет тайнописи Плиния Старшего заключался в использовании сока растений.

Китайский император Цин Шихуанди (249-206 гг. до нашей эры), во время правления которого появилась Великая Китайская стена, использовал для своих тайных писем густой рисовый отвар. Если такое письмо после высыхания слегка смочить слабым спиртовым раствором йода, то появляются синие буквы. А император для проявления письма пользовался бурым отваром морских водорослей, видимо, содержащим йод.

В XV веке швейцарский врач и учёный Парацельс сделал рисунок пейзажа, который при нагревании из «зимнего» превращался в «летний»: голые ветки деревьев покрывались зелёной листвой.

Тайные агенты Ивана Грозного писали свои донесения луковым соком. Буквы становились видимыми при нагревании бумаги.

Знаменитая шпионка Мата Хари тоже использовала секретные чернила. Когда она была арестована в Париже, в ее гостиничном номере нашли пузырек с водным раствором хлорида кобальта, что и стало одной из улик при разоблачении ее шпионской деятельности. Буквы, написанные раствором хлорида кобальта, содержащим в 25 мл воды 1 г соли, совершенно невидимы и проявляются, делаясь синими, при легком нагревании бумаги.

Секретные чернила широко применялись в России революционерами-подпольщиками, которые использовали тайнопись для передачи друг другу секретных сведений. Секретный текст, написанный молоком, который проявлялся при проглаживании бумаги горячим утюгом. Царская охрана знала об этой секретной переписке и успешно её прочитывала.

Ленин использовал для тайнописи сок лимона или молоко. Для проявления письма в этих случаях достаточно подержать бумагу несколько минут над огнем.  

Во время Второй мировой войны военные использовали различные вещества для скрытой передачи военных донесений, включая сульфат меди (проявляется йодидом натрия), сульфат железа (карбонат натрия), хлорид натрия, т.е. обычная поваренная соль (проявляется нитратом серебра). Часто пузырьки с такими веществами прятались в совершенно неожиданных местах – ключах, дверных ручках, выключателях и т.д.

1.2.          Виды симпатических чернил.

В зависимости от характера взаимодействия веществ, все невидимые чернила можно условно разделить на следующие виды:

1.                 Химические – в  состав входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты. Химическими чернилами пользовались  немецкие шпионы. В 1915 году  из Англии в Норвегию шпионом было отправлено письмо, в которое он вложил важный документ. На первый взгляд, это была нотная тетрадь. Между строчек нотной тетради немецкий агент сделал надписи с помощью симпатических чернил. Британская контрразведка смогла проявить эту тайнопись, что привело к разоблачению германского шпиона.

2.                 Фоточувствительные - чернила, способные проявляться или исчезать под действием света. Фоточувствительные чернила наносят на бумагу и высушивают на воздухе. Надпись проявляют или удаляют, освещая ее ярким солнечным светом.

3.                 Люминесцентные - эта группа чернил содержит бесцветные либо слабо окрашенные вещества, способные к люминесценции под действием ультрафиолетового излучения.

4.                 Термочувствительные - чернила наносятся на бумагу и высушиваются при комнатной температуре. Сделанные ими надписи и рисунки незаметны. Они проявляются при нагревании до 120–180°С, например, если бумагу прогладить горячим утюгом, подержать ее над пламенем или сильно нагретой электроплиткой.

5.                 Влагочувствительные - невидимые надписи или изображения, сделанные влагочувствительными чернилами, проявляются водой или водяным паром.

Проще всего в домашних условиях изготовить и использовать термочувствительные чернила. Ведь сок, лук, лимон, яблоко – найдутся в каждом доме.

Еще один способ классификации определяется природой чернил, основу которых могут составлять:

1) кровь и выделения тела (пот, слюна, моча);

2) пищевые растворы и соки фруктов, овощей и растений;

3) химические препараты (кислоты, основания и соли);

4) разнообразные вещества, включая мыльные растворы и клейкое вещество растений.

1.3.          Область применения симпатических чернил.

         Симпатические чернила находят широкое применение. Они используются:

1.                 При изготовлении бумажных денег.

2.                 Для проявления можно использовать ультрафиолетовые фонарики, миниатюрные детекторы валют и даже части копировальных аппаратов (там часто применяются лампы с ультрафиолетовым спектром излучения).

3.                 Ещё одна сфера применения таких чернил – разные массовые мероприятия, дискотеки в ночных клубах в качестве пропусков, ручка для изготовления школьных шпаргалок. Ряд бытовых химикатов светится в ультрафиолетовом свете, поэтому они также могут использоваться в качестве чернил.

4.                 Невидимые при обычном освещении флуоресцентные краски и чернила (симпатические чернила) используются для повышения степени защиты документов, товаров и различных изделий, тем более что особого разрешения на их приобретение и использование, для защитной и сигнальной маркировки не нужно. Эти материалы нашли свое применение и в киноиндустрии и шоу-бизнесе (люминесцентная киносъемка, киносъёмка с использованием свечения).

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1.  Изготовление невидимых чернил в домашних условиях.

Чтобы приготовить невидимые чернила в домашних условиях не требуется дорогостоящих веществ. Для того чтобы обнаружить симпатические чернила применяют проявитель, в качестве которого может быть свет, нагревание, другой реактив.

Для приготовления симпатических чернил мы использовали несколько методик (приложение 1).

Результаты эксперимента можно наблюдать в таблице 1 и в приложении 2.

Таблица 1.

вещество	проявитель	признак
Сухое молоко	нагрев	Чернила стали коричневого цвета
Сок лимона	нагрев	Чернила стали коричневыми
Сода	Нагрев	Коричневый цвет

Вывод:

1.                 При нагреве буквы, написанные молоком, темнеют и становятся видны.

Уравнение химической реакции: (C₆H₁₀O_{5) →} nC + nH₂O

Входящие в состав молока углеводы, органические кислоты при высокой температуре разлагаются, с образованием углерода, что и вызывает изменение цвета. Молоко подгорает при температуре гораздо меньшей той, при которой горит бумага. Поэтому места, на которых есть молоко, уже почернеют, а бумага еще останется бурой.

2.                 При проявлении надписи написанной лимонным соком над огнем сгорает содержащаяся лимонная кислота. Сок разбавляют водой, чтобы при нанесении получившейся смеси на бумагу буквы и символы практически исчезли с поверхности. Никто даже не догадается, что на листике что-то написано, пока вы не нагреете сообщение. Некоторые вещества, которые содержатся в лимонном соке, под действием тепла разрушаются быстрее, чем загорается сама бумага. При проявлении такой надписи над огнем сгорает содержащаяся лимонная кислота. При этом химическом процессе выделяются продукты горения.

Уравнение химической реакции:  _→ nC +nH₂O

3.                 Пищевая сода превращается в кальцинированную, которая при нагревании реагирует с материалом бумаги (типа сульфата целлюлозы). След письма слегка темнеет.

Уравнение химической реакции:       NaHCO₃     →   Na₂CO₃+CO₂+H₂O

                                             (C₆H₁₀O₅)n + nNa₂CO₃ = nNa₂CO₃·5nH₂O + 6 nC

2.2. Методика приготовления и проявления симпатических чернил с использованием химических реагентов.

Для приготовления симпатических чернил в лабораторных условиях использовались следующие реагенты: декстрин (порошок), медный купорос (порошок), калиевая селитра (нитрат калия – порошок), хлорид кобальта порошок), нашатырный спирт 10%,спиртовая настойка йода 5%. Методика приготовления реактивов для тайнописи и проявления приведена в приложении 3. Результаты эксперимента приведены в таблице 2 и в приложении 4.

Таблица 2. Вещества, используемые для получения симпатических чернил и признаки при проявлении.

вещество	проявитель	признак
Медный купорос CuSO4·5H2O	Нашатырный спирт 10%	Посинение надписи
Хлорид кобальта CoCl2	нагрев	Синий цвет
Декстрин + спиртовой раствор йода 5%	время	Исчезновение надписи

Вывод:

1.                 Аммиак (NH₃) или нитрид водорода – это бесцветный газ с резким характерным запахом. Он скорее известен как нашатырный спирт, который представляет собой раствор аммиака в воде. При взаимодействии медного купороса CuSO₄ с раствором аммиака (нашатырным спиртом) образуется комплексное соединение, которое имеет ярко-синий цвет. Сам же слабый раствор медного купороса при высыхании практически не заметен.

Уравнения химической реакции:

CuSO₄ + 2NH₄OH = Cu(OH)₂↓ + (NH₄₎₂SO₄ (если NH₄OH в недостатке);

CuSO₄ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃₎₄]SO₄ + 4H₂O (если NH₄OH в избытке).

2.                 Хлорид кобальта – соль розового цвета, на бумаге совершенно не видна. При нагревании молекулы розового хлорида кобальта теряют часть воды, превращаясь в голубой хлорид кобальта.

3.                 Декстрин – это продукт переработки крахмала, который, так же как и крахмал, является сильным индикатором йода и меняет цвет в его присутствии. В течение нескольких дней йод испаряется, и надпись полностью исчезает.

Заключение

В ходе исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1.   Симпатические (невидимые) чернила (исчезающие или проявляющиеся) существуют и состав их очень разнообразен.

2.                 Приготовить невидимые (симпатические) чернила  можно легко в домашних условиях из доступных веществ.

3.                 Эксперименты по получению невидимых чернил следует проводить в присутствии взрослых, т.к. требуется огонь, утюг или любое нагревание.

4. С помощью этого исследования теперь и я могу писать «невидимые письма»!

5. Гипотеза о том, что изготовить симпатические чернила можно не только в лабораторных условиях, но и в домашних подтвердилась.

В дальнейшем планируется рассказать учащимся школы о невидимых чернилах с и изготовить брошюру с рецептами невидимых чернил. Ведь это будет так интересно для нас и непонятно для окружающих нас взрослых!

Список литературы.

1.                 Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение, 1995 – 96с.

2.                  Лаврова С.А. Моя первая книга. Занимательная химия для малышей. – М.: Белый город, 2009 – 128с.

3.                 Б.Д.Степин, Л.Ю.Аликберова. Занимательные задания и эффектные опыты по химии, М.: Издательство «Дрофа», 2002 – 3 с.

4.                  Невидимые чернила. Исчезающие чернила. [Электронный ресурс].

5.                  http://zadachi-po-khimii.ru/zanimatelnaya-khimiya/kak-sdelat-nevidimye-chernila.html (Электронный ресурс).

6.                 http://wunderkind-blog.ru/ischezayushhie-chernila/ (электронный ресурс).

Приложение 1.

Методика приготовления симпатических чернил в домашних условиях

1.     Рецепт приготовления невидимых чернил с использованием молока.

Инструкция:

·                     Влейте в стакан немного молока и погрузите в него кисть

·                     Нанесите надпись на бумагу и дайте высохнуть

·                     Не сушите под прямыми солнечными лучами

·                     Для проявления необходимо письмо нагреть

2.     Рецепт невидимых чернил из соды

Для нанесения надписей используется концентрированный раствор.

Инструкция:

·                     Вскипятите воду и в 100 мл кипятка растворите 10 г гидрокарбоната натрия

·                     Необходимо добиться полного растворения кристаллов

·                     Окуните в остывший раствор палочку и напишите секретную информацию

·                     Высушите бумагу в тени. Для проявления нагрейте письмо

3.     Рецепт невидимых чернил из сока лимона

Инструкция:

·                     Выдавите немного лимонного сока в посудину и введите 5 капель воды

·                     После этого опустите в сок ватную палочку и напишите письмо

·                     Дайте соку полностью высохнуть. Держите подальше от солнечных лучей

·                     Для проявления чернил необходимо их немного нагреть. Это можно сделать при помощи утюга или лампочки

                                                    Приложение 2.

 сок лимона

 

Приложение 3.

Методика приготовления симпатических чернил в лабораторных условиях.

1.           На основе медного купороса.

Приготовьте раствор медного купороса. Для этого налейте в мерный стакан 50 мл воды, добавьте 4-5 г порошка медного купороса и тщательно перемешайте при помощи палочки для размешивания. Должен получиться раствор бледно-голубого цвета.

Возьмите лист бумаги  и при помощи кисточки и полученного раствора напишите ваше тайное послание. Лучше использовать немелованную бумагу, чтобы ваша надпись была менее заметна глазу.

Для того чтобы прочесть тайное послание, нужно налить в стакан 10-15 мл нашатырного спирта и подержать лист бумаги над стаканом до тех пор, пока невидимые чернила не посинеют.

2.           Исчезающие чернила на основе хлорида кобальта.

Налейте в мерный стакан 30-50 мл воды и добавьте туда примерно 1 г хлорида кобальта. Размешайте раствор до полного растворения вещества. Цвет раствора должен быть бледно-розовым.

Возьмите лист бумаги  и при помощи кисточки и полученного раствора напишите ваше тайное послание. После высыхания надпись будет незаметна. Если же надпись приобрела синий оттенок, значит, раствор хлорида кобальта слишком концентрированный. Добавьте немного воды.

Чтобы прочесть секретное письмо, листок необходимо нагреть: подержать под лампой или прогладить утюгом. После прогрева невидимые чернила приобретут синий цвет.

Через некоторое время надпись снова исчезнет. Это процесс можно укорить, если слегка увлажнить бумагу, например, смоченной водой салфеткой.

3.           Исчезающие чернила на основе декстрина.

Налейте в стакан 30-50 мл теплой воды и добавьте туда 3-4г декстрина. тщательно размешайте смесь до полного растворения декстрина.

Пипеткой налейте в стакан 1-2 мл спиртового раствора йода. Лучше добавлять йод по каплям, постепенно жидкость окрасится в синий цвет. Чем больше йода вы добавите, тем более насыщенным получаются чернила и тем дольше будет исчезать надпись.

Если в стакане остался осадок, отфильтруйте его при помощи фильтровальной бумаги.

Возьмите лист бумаги  и при помощи кисточки и полученного раствора напишите ваше тайное послание. Лучше использовать немелованную бумагу, так как декстрин имеет желтоватый цвет и на белой бумаге после высыхания и испарения йода будет заметен.

Надпись, сделанная такими чернилами, сначала имеет синий оттенок, затем с течением времени теряет полностью цвет и полностью исчезает через несколько дней. Время исчезновения зависит от концентрации чернил.

Приложение 4.

1.     Невидимые чернила на основе медного купороса

        

До проявления                                    после проявления

2.     Исчезающие чернила на основе хлорида кобальта.