XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Тайнопись и невидимые чернила
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На летних каникулах я познакомилась с творчеством замечательного писателя Михаила Зощенко. Одним из прочитанных было удивительное и познавательное произведение «Иногда можно кушать чернильницы», в котором автор рассказывает нам историю о том, как Владимир Ильич Ленин, находясь более четырнадцать месяцев в царской тюрьме, писал революционную и очень нужную книгу, точнее, он собирал там материалы для своей книги, делал заметки, выписки. Всё это писать в тюрьме было не так уж просто. А надо было так писать, чтобы никто в тюрьме не догадался, что в книге что-нибудь написано. Но, если видели, что в ней есть какие-то записи, то эту книгу сразу сжигали. Владимир Ильич и его друзья - революционеры знали, что можно писать молоком и если на бумаге написать молоком, то ничего не видно. А для того, чтобы прочесть написанное, надо было прогреть эту бумагу с помощью лампы или свечи, и тогда молоко начинает темнеть, на бумаге выступают коричневые буквы и всё можно прочитать, что было ранее написано. После прочтения рассказа, у меня возник вопрос: «А могу ли я, как Ленин, написать что-то молоком и, неужели на самом деле, молоком можно писать?».
А еще, в одном из супермаркетов города, родители мне купили «ручку – шпион». Это очень интересная и необычная ручка, когда ей пишешь, надпись не видна на бумаге, но стоит только подсветить надпись ультрафиолетовым фонариком, которые вставлен на другом конце ручки, надпись тут же проявляется и ее легко можно прочесть. Мне очень понравилось это изобретение, и я решила выяснить, что же внутри за вещество такое и почему оно невидимое. Тогда я спросила у мамы, а же что внутри ручки? Она сказала, что — это невидимые чернила, так и родилась тема моего исследования, в котором я решила выяснить, что же такое невидимые чернила? И можно ли их сделать самому?
Изучив детскую литературу, энциклопедии и получив информацию из сети Интернет, я узнала, что невидимые чернила были известны людям еще в древности и, что существует много способов получения невидимых чернил и, что такие чернила называют – симпатические. И правда, симпатичное название придумали для них ученые.
Тема исследования является актуальной, так как в век компьютерных технологий мы стали забывать о том, что что-то удивительное и интересное, связанное с прошлым, можно сделать своими руками.
Гипотеза: невидимые чернила возможно изготовить в домашних условиях самостоятельно.
Цель исследования: изготовить невидимые чернила в домашних условиях своими руками.
Задачи исследования:
Изучить различные источники о видах невидимых чернил и способах их получения.
Проверить свою гипотезу о возможности самостоятельного изготовления невидимых чернил.
Описать результаты своих экспериментов и сделать выводы.
Доказать, что эксперименты являются интересными, увлекательными и познавательными занятиями не только в школе, но и дома.
Познакомить с результатами исследований ребят моего класса.
Объект исследования: невидимые чернила.
Предмет исследования: вещества, исчезающие при нанесении на бумагу и проявляющиеся на ней при определенных условиях.
Методы исследования:
Анализ литературы по теме, поиск информации в сети Интернет.
Практические исследования и сравнение.
Наблюдение, эксперименты и выводы.
Новизна исследования: для меня проведенное исследование стало настоящим открытием.
Практическая значимость:
Теоретический и практический материал будет полезен:
на уроках технологии при изучении раздела «Опыты и наблюдения»;
на уроках окружающего мира при изучении раздела «История нашей страны»;
как дополнительный источник информации с целью повышения образовательного уровня учащихся;
для ознакомления учащихся с учебным предметом «Химия»;
во время занятий внеурочной деятельностью.
Невидимые чернила. Что же это такое?
Невидимые (симпатические) чернила – это чернила, запись которых изначально является невидимой, а видимой она становится только при таких определенных условиях как нагревание, химический проявитель, ультрафиолетовые или инфракрасные лучи.
А что из себя все-таки представляют эти необычные чернила?
Изучив литературу и анализируя информацию в сети Интернет, я узнала, что существуют такие чернила, которые после их полного высыхания на бумаге не оставляют следа и представляют собой бесцветные или слабоокрашенные растворы. Называются такие чернила симпатическими. Надписи или изображения, которые сделаны такими чернилами, можно заметить только после определенного воздействия. Например, нагревания или воздействия некоторыми растворами – проявителями. А еще я выяснила, что все эти растворы и их взаимодействие изучает наука – химия.
В зависимости от сложности взаимодействия веществ, все невидимые (симпатические) чернила можно условно разделить на такие виды:
химические;
фоточувствительные;
люминесцентные;
термочувствительные;
влагочувствительные.
Мне стало интересно, а чем различаются между собой данные виды?
Виды симпатических чернил
2.1. Химические чернила
В состав химических чернил входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты. «Чернила» наносятся на бумагу и высушиваются при комнатной температуре. Полученная невидимая запись проявляется раствором другого вещества (проявителя) при помощи распылителя или ватного тампона. Иногда проявитель представляет собой газообразное вещество.
Так же, мне удалось выяснить, что немецкие шпионы часто применяли такие «чернила» в своей деятельности. В 1915 году из Англии в Норвегию шпионом было отправлено письмо, в которое он вложил важный документ, похожий на нотную тетрадь. Между строчек нотной тетради немецкий агент выполнил записи с помощью красочных чернил. Британская контрразведка смогла выявить данную кодировку, что привело к раскрытию германского шпиона. В состав чернил входил гексацианоферрат калия, текст стал видимым после обработки бумаги солями железа.
2.2. Фоточувствительные чернила
Фоточувствительными называются чернила, способные проявляться или исчезать под действием света.
Первая группа таких чернил содержит бесцветные или слабоокрашенные вещества, которые разлагаются при видимой подсветке. Продукты распада таких веществ окрашены или образуют окрашенные соединения в результате взаимодействия с другими составляющими чернил.
Ко второй группе относятся чернила, «исчезающие» при свете и снова проявляющиеся в темноте.
Фоточувствительные чернила наносят на бумагу и высушивают на воздухе. Надпись проявляют или удаляют, освещая ее ярким солнечным светом.
2.3. Люминесцентные чернила
Эта группа чернил содержит бесцветные либо слабо окрашенные вещества, способные к люминесценции под действием ультрафиолетового излучения. Для проявления таких чернил надпись подсвечивают ультрафиолетовой лампой. После действия ультрафиолета надпись пропадает. Люминесцентные чернила активно используются органами внутренних дел и федеральной службой безопасности, а также студентами – во время контрольных или экзаменов.
Так я узнала, что чернила, в моей «ручке-шпионе», и есть люминесцентные красочные чернила, так как они становятся видны при подсвечивании ультрафиолетовым светом.
2.4. Термочувствительные чернила
В состав термочувствительных симпатических чернил включены бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые переходят в окрашенные соединения при увеличении температуры. В большинстве случаев окраска появляется при взаимодействии составляющих чернил с бумагой. Чернила наносят на бумагу и высушивают при комнатной температуре. В итоге надписи и рисунки незаметны, они проявляются только при определенной температуре от 120–180°С. Это можно сделать, если бумагу прогладить горячим утюгом, подержать ее над пламенем или сильно нагретой электроплиткой.
А что такое химическое воздействие? Сколько существует групп чернил? Какие вещества используют для приготовления чернил?
С этими вопросами я обратилась к школьному учителю химии Лозовской Светлане Анатольевне.
После беседы с ней я узнала, что в зависимости от характера химического воздействия на бумагу можно выделить 3 группы термочувствительных чернил:
Дегидратирующие чернила. Это − разбавленные (2–10%) водные растворы серной или фосфорной кислот, гидросульфата натрия. При разогревании скрытого изображения указанные вещества истощаются и оказывают на бумагу сильное дегидратирующее (обезвоживающее) действие. В итоге бумага в местах нанесения чернил частично темнеет и появляется надпись, окрашивается в цвета от светло-коричневого до черного.
Окисляющие чернила. В их состав входят вещества, умеющие при нагревании до 150–180°С окислять материал бумаги и восстанавливаться при этом с образованием окрашенных соединений. К таким чернилам относятся разбавленные (1–5%) водные растворы метаванадата аммония и парамолибдата аммония, реактив Толленса − раствор комплексного соединения. При нагревании метаванадат аммония восстанавливается бумагой с образованием смеси оксидов ванадия, окрашенной в цвета от коричневого до черного. Парамолибдат аммония образует при этом «молибденовую синь», а реактив Толленса − мелкодисперсное серебро чёрного цвета.
Нейтральные чернила. При проявлении скрытого изображения они не показывают химического воздействия на бумагу, а лишь окрашивают ее продуктами своего распада. К таким чернилам относятся, например, соки лимона, репчатого лука, яблок, а также молоко и сыворотка крови. Органические вещества, входящие в их состав (кислоты, белки, углеводы и другие) при нагревании до 150–180°С разлагаются с образованием продуктов, окрашенных в цвета от желтого до светло-коричневого.
Таким образом, я узнала, что проще всего в домашних условиях изготовить и использовать термочувствительные чернила нейтральной группы. Это я предполагаю выполнить в своём исследовании. Ведь сок, лук, лимон, яблоко – найдется в каждом доме (см. Приложение 3).
2.5. Влагочувствительные чернила
Невидимые надписи или изображения, выполненные влагочувствительными чернилами, проявляются водой или водяным паром. В зависимости от характера процессов проявления такие чернила делятся на две группы:
Просвечивающие чернила. Надписи, сделанные ими, после высыхания на бумаге совершенно незаметны, но проявляются при выдерживании ее в воде в течение 2 – 3 минут. Участки бумаги, пропитанные этими чернилами, становятся под действием воды полупрозрачными. При высыхании бумаги надпись постепенно исчезает, но вновь появляется при погружении в воду. К таким чернилам относится «раствор Видемана». Он готовится смешиванием льняного масла, 25%-ного раствора аммиака и воды в объемном соотношении 1:20:100. Жидкости перемешиваются в указанной последовательности, смесь интенсивно смешивают до получения однородной массы системы. В состав таких чернил вместо льняного масла могут входить и некоторые другие масла растительного происхождения.
Клеящие чернила. Изображения или надписи, сделанные ими, проявляются водяным паром с последующей обработкой порошком пигмента. Для проявления бумагу с невидимой надписью держат над водяным паром (100°С) в течение 5 секунд, нельзя позволить, чтобы бумага намокла или на ней образовались капли воды. После этого необходимо держать бумагу вертикально, ее посыпают очень мелким порошком какого-нибудь окрашенного вещества. Лишний порошок убирают, встряхнув бумагу. Участки бумаги, пропитанные чернилами, после обработки паром становятся липкими и за счет этого удерживают частицы пигмента – надпись «проявляется». В качестве таких чернил можно использовать водные растворы сахарозы, глюкозы и других углеводов (5-15%), нагретые растворы желатина (1-3%), растворов столярного клея (1–3 %) и других клеящих веществ.
Способы получения невидимых чернил.
Как сделать исчезающие чернила? Этот вопрос интересует человечество уже множество столетий, ведь у людей всегда есть секреты, которые необходимо утаить. Из прочитанных книг и Интернета я узнала, что невидимые чернила широко применялись для тайной переписки.
Для некоторых из них нужны химические вещества, которых у меня нет. Но оказалось, что для приготовления невидимых и исчезающих чернил есть несколько доступных способов, которые легко можно применить дома.
Я решила попробовать. Вот несколько способов, с помощью которых каждый ребенок сможет приготовить исчезающие чернила:
Исчезающие чернила из лимона – выдавить сок половины лимона и развести его таким же количеством воды, воздействовать теплом;
Исчезающие чернила из лука – приготовить сок лука и использовать его в качестве чернил, проявлять воздействие тепла;
Исчезающие чернила из молока – взять молоко и использовать его в качестве чернил, высушить, проявлять над свечой или лампой;
Исчезающие чернила из соды – приготовить концентрированный раствор соды – 1 чайная ложка на 10 мл. – 2 – 3 чайные ложки воды, все перемещать, использовать в качестве чернил, которые долго сохраняются, проявлять воздействием тепла.
Изучая специальную литературу, а также интернет-источники я нашла еще множество рецептов изготовления невидимых чернил, но для приготовления в домашних условиях не все подойдут. Поэтому я остановилась на самых доступных для домашнего изготовления рецептах.
Изготовление невидимых чернил в домашних условиях.
ЭКСПЕРИМЕНТ 1
Приготовление невидимых чернил из лимона
Для этого нам понадобится: 1/2 лимона, стакан, кисточка, белый лист бумаги. Выдавим сок из лимона в стакан, добавим такое же количество воды. Обмакнем кисточку в раствор лимонного сока и воды и напишем что-нибудь на бумаге. После того, как надпись сделана, ей надо дать высохнуть. Чтобы проявить надпись, надо нагреть листок бумаги, например, прогладив его горячим утюгом. Лимонная кислота при воздействии температуры потемнеет и таким образом, мои чернила станут видимыми. Лимонный сок приятно пахнет, не заметен при высыхании, но долго сохнет, проявляется слабо желто-коричневым оттенком букв.
ЭКСПЕРИМЕНТ 2
Приготовление невидимых чернил из лука
Для этого опыта нам потребуются те же составляющие, что и для предыдущего опыта.
Возьмем 1/2 луковицы, натираем ее на мелкой терке, выдавливаем через марлю сок в стакан. Наносим сок лука кистью на бумагу и ждем до полного высыхания. После чего сок лука становится немного заметен на бумаге, но имеет не очень приятный запах, что делает эти чернила несовершенными. Проявлять будем тем же способом – нагреванием. Сок лука при воздействии тепла темнеет, чернила становятся видимыми и приобретают коричневый оттенок.
ЭКСПЕРИМЕНТ 3
Приготовление невидимых чернил из молока
Налить молоко в стакан. Обмакнув кисть в молоко сделаем на листке белой бумаги запись. После полного высыхания молока от букв на листе не останется ни следа, ни запаха. После нагревания листа над свечой на ней проявится написанный текст, так как молоко при нагревании изменит свой цвет. Молоко на самом деле изменило цвет, но надпись оказалась не однородного цвета. К тому же свечой пользоваться не очень удобно и небезопасно потому, что листок может загореться. В данном случае, для нагревания, я советую использовать утюг. Исходя из этого эксперимента я доказала, что надпись проявляется от воздействия тепла.
ЭКСПЕРИМЕНТ 4
Приготовление невидимых чернил из соды
Нужно приготовить насыщенный раствор обыкновенной питьевой соды в воде. Такие чернила могут долго храниться, не портясь и в этом их преимущество перед способом письма молоком, а также соками лимона и лука. Для удобства письма такие чернила лучше всего заправить в авторучку. Но я воспользовалась, как и в предыдущих рецептах кистью. Сразу же за кистью вода испаряется и на листе бумаги ничего не заметно. Проявляется тайное письмо тоже очень просто: воздействием тепла. Сразу после нагревания можно заметить темно-коричневый текст. И, как выяснилось, этот текст оказался самым ярким и однородным из всех предыдущих. Чернила, приготовленные из соды, оказались лучшими, самыми насыщенными!
Выводы
Получение невидимых чернил в домашних условиях возможно из легкодоступных в быту веществ. Причем, с этим справится и ребенок.
Не все виды симпатических (невидимых) чернил можно получить в домашних условиях, а в основном те, которые можно проявить с помощью тепла. Симпатические чернила, для которых нужны химические вещества или химические проявители, можно получить только в специальной химической лаборатории.
Проявлять невидимые записи в домашних условиях можно при помощи свечи, лампы, но наиболее удобный и безопасный способ — с помощью утюга.
В ходе сравнения экспериментов я выяснила, что самыми подходящими самодельными невидимыми чернилами — чернила из соды. Они легко готовятся, долго хранятся, не имеют запаха, высыхают быстрее чем другие чернила, которые я использовала в ходе эксперимента, а также абсолютно незаметны на бумаге. Даже заправляя такие чернила в авторучку они не испортятся. Такие чернила и проявляются ярче и однороднее других невидимых чернил, которые я получила и исследовала. Таким образом, невидимые чернила из соды - самые лучшие в моем эксперименте.
В ходе своего исследования я убедилась, что эксперимент – это очень увлекательно и интересно, можно узнать много нового.
Во время проведения эксперимента я почувствовала себя не только настоящим исследователем, но и настоящим разведчиком на секретном задании.
Результатами своего исследования я поделилась с одноклассниками, которые с большим интересом слушали, и очень надеюсь, что вдохновились на собственные эксперименты, и в дальнейшем представят свои работы.
Заключение
Цель, которую я ставила в начале исследования – узнать, из чего изготавливают невидимые чернила, какие они бывают, какие рецепты симпатических чернил известны, а также в домашних условиях создали «волшебные» симпатические чернила из легкодоступных в домашнем обиходе веществ, достигнута.
Гипотеза о том, что самостоятельно изготовить в домашних условиях невидимые чернила возможно, подтвердилась.
В ходе своего исследования я узнала, что для чернил, изготовленных из разных веществ нужны различные способы их проявления. В процессе проведения эксперимента я обращались к различным источникам информации: книгам, пособиям, энциклопедиям, а также интернет - ресурсами.
Более того, проанализировав свою работу, я пришла к выводу, что описать все способы приготовления симпатических чернил невозможно, но мне удалось провести эксперименты с веществами, которые легко можно найти в доме. Мною были изучены и множество других рецептов изготовления чернил, для использования которых необходимы химические препараты, но использование которых в домашних условиях невозможно. Тема исследования настолько увлекательная и интересная, что я решила продолжить проведение опытов по созданию новых видов симпатических чернил.
В ходе работы я убедилась, что эксперимент – это очень интересно и увлекательно. В дальнейшем, для проведения экспериментов, я планирую изучать и другие рецепты невидимых чернил, а также хочу разработать свои.
Список литературы
. Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение, 1995.
. Зощенко М. М. Рассказы о Ленине. - М.: Эксмо, 1997.
. Лаврова С.А. Загадки и тайны обычных вещей. – Изд. «Белый город», 2006.
. Лаврова С.А. Моя первая книга. Занимательная химия для малышей. – Изд. «Белый город», 2009.
5. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – М.: Химия, 1994.
Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К.Мишиной, А.Зыковой. – М.: Эксмо, 2007.
Интернет-ресурсы:
. www.alhimik.ru
. http://dryk.info
. http://chemistryandchemists.narod.ru
. http://ru.wikipedia.org
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Ребята, занимайтесь творчеством, проводите эксперименты – это очень интересно и увлекательно!