Невидимые чернила

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Невидимые чернила

Вострякова К.С. 1
1МОУ "Лицей №15"
Корякина В.В. 1
1МОУ "Лицей №15"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Во все времена людям нужно было уметь передать информацию так, чтобы кроме адресата ее никто не смог узнать. В фильмах или литературных произведениях часто демонстрируют, как персонажи используют чернила, которые сначала незаметны глазу, но после воздействия на них определенными факторами, они проявляются. В каждом фильме использовались разные вещества, что показывало, что нет единого способа приготовления чернил. Изучая информацию в интернете можно наткнуться на много разных рецептов, некоторые из которых может сделать каждый. Невидимые чернила имеют интересную историю и не раз выручали людей в давние времена. В своем проекте я постаралась раскрыть основную информацию о них.

1.1. Тема исследования: невидимые чернила

1.2. Актуальность исследования: невидимые чернила – часть любого фильма или литературного произведения про разведчиков. Как сделать исчезающие чернила? Этот вопрос волновал не одно поколение людей, ведь секреты, которые необходимо скрыть, существовали всегда.

1.3.Цель исследования: получить новые знания о свойствах веществ, найти разные способы приготовления невидимых чернил.

Задачи исследования:

1) Найти информацию о первом применении невидимых чернил.

2) Узнать больше о применении невидимых чернил, узнать их свойства.

3) Изучить химические свойства веществ, позволяющих создать невидимые чернила.

5) Самостоятельно сделать невидимые чернила.

1.4. Объект исследования: невидимые чернила.

Предмет исследования: вещества, которые при нанесении на бумагу исчезают, а при определенных условиях проявляются.

Методы исследования: проведение опытов, анализ, сравнение, наблюдение, изучение дополнительных материалов.

1.5. Гипотеза: невидимые чернила существуют и их возможно сделать.

1.6. Проблема исследования: найти нужные ингредиенты для приготовления невидимых чернил.

2.1. Что такое невидимые чернила?

Симпатические (невидимые) чернила — чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определённых условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.). Одним из наиболее распространённых методов классической стеганографии является использование симпатических чернил. Обычно процесс записи осуществляется следующим образом: первый слой — наносится важная запись невидимыми чернилами, второй слой — ничего не значащая запись видимыми чернилами.

Тайная переписка ведется с древних времён и не прекращает своё существование и в современном мире. Для тайнописи существует много способов, и все они используют секретные, или симпатические чернила – бесцветные или слегка окрашенные жидкости. Текст, написанный такими чернилами, невозможно увидеть, не зная специальной технологии их проявления. Сам термин «симпатические» впервые был введён французским химиком Н. Лемери.

Первый документально засвидетельствованный историками рецепт симпатических чернил предложил Овидий в 43 году до н. э. Он советовал влюблённым вести переписку молоком. Высыхая, оно не оставляет на пергаменте никаких следов, а проявить надпись можно, нагрев письмо над огнём. Написанное такими чернилами можно также увидеть, если посыпать бумагу пеплом и аккуратно стряхнуть его – мелкие частички прилипнут к нанесённым молоком буквам. 

2.2. Виды невидимых чернил и методы их проявления.

Методы проявления секретных посланий различны и зависят от состава симпатических чернил. Есть способы механические, термические, оптические и химические.

В зависимости от характера взаимодействия веществ, все симпатические чернила можно условно разделить на люминесцентные, фоточувствительные, химические, термочувствительные, влагочувствительные.

Фоточувствительные чернила. Фоточувствительными называются чернила, способные проявляться или исчезать под действием света. Первая группа таких чернил содержит бесцветные или слабоокрашенные вещества, которые разлагаются при освещении видимым или ультрафиолетовым светом. Продукты разложения таких веществ окрашены или образуют окрашенные соединения в результате взаимодействия с другими компонентами чернил. Ко второй группе относятся чернила, «исчезающие» при освещении и снова проявляющиеся в темноте. Фоточувствительные чернила наносят на бумагу и высушивают на воздухе. Надпись проявляют или удаляют, освещая ее ярким солнечным светом.

Люминесцентные чернила. Данная группа чернил содержит бесцветные либо слабо окрашенные вещества, способные к люминесценции под действием ультрафиолетового излучения. К ним относятся, например, родамины и кумарины. Для проявления таких чернил надпись освещают УФ лампой. После прекращения действия ультрафиолета надпись исчезает. Люминесцентные чернила активно используются полицией и спецслужбами, а также студентами – во время контрольных или экзаменов.

Химические чернила. В состав химических чернил входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты. В частности, таким эффектом сопровождаются некоторые реакции обмена с участием электролитов. Раствор одного из них (чернила) наносится на бумагу и высушивается при комнатной температуре. Полученное скрытое изображение проявляется раствором другого электролита (проявитель) при помощи пульверизатора или ватного тампона. Иногда проявитель представляет собой газообразное вещество. В качестве химических чернил используются растворы, содержащие катионы ряда переходных металлов, а качестве проявителей – растворы, содержащие некоторые анионы (или наоборот).

Термочувствительные чернила. В состав термочувствительных симпатических чернил входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые переходят в окрашенные соединения при нагревании. Во многих случаях окраска появляется в результате взаимодействия компонентов чернил с бумагой. Чернила наносятся на бумагу и высушиваются при комнатной температуре. Сделанные ими надписи и рисунки незаметны. Они проявляются при нагревании до 120 – 1800С, например, если бумагу прогладить горячим утюгом, подержать ее над пламенем или сильно нагретой электроплиткой. В зависимости от характера химического воздействия на бумагу при проявлении скрытого изображения, термочувствительные чернила можно разделить на 3 группы:

Дегидратирующие чернила. Это − разбавленные (2 – 10 %) водные растворы серной или фосфорной кислот, гидросульфата натрия, гидро- и дигидрофосфатов аммония, алюмокалиевых квасцов, сульфата железа (II) и ряда других соединений. При нагревании скрытого изображения указанные вещества обезвоживаются и оказывают на бумагу сильное дегидратирующее (обезвоживающее) действие. В результате бумага в местах нанесения чернил частично обугливается и появляется надпись, окрашивается в цвета от светло-коричневого до черного.

Нейтральные чернила. При проявлении скрытого изображения они не оказывают химического воздействия на бумагу, а лишь окрашивают ее продуктами своего разложения. 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 – 1800С разлагаются с образованием продуктов, окрашенных в цвета от желтого до светло-коричневого.

Окисляющие чернила. В их состав входят вещества, способные при нагревании до 150-1800С окислять материал бумаги и восстанавливаться при этом с образованием окрашенных соединений.

Влагочувствительные чернила. Невидимые надписи или изображения, сделанные влагочувствительными чернилами, проявляются водой или водяным паром. В зависимости от характера процессов проявления такие чернила делятся на две группы:

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 (1000С) в течение 5 с, не допуская ее переувлажнения и образования на ней капелек воды. Затем, держа бумагу вертикально, посыпают ее очень мелкодисперсным порошком какого-нибудь окрашенного вещества (Fе2О3, СuО, МnО2, сажа и др.). Избыток порошка удаляют стряхиванием. Участки бумаги, пропитанные указанными 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.

.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 исчезает, но вновь появляется при погружении в воду.

Правильное употребление невидимых чернил.

Чтобы невидимые чернила проявились, нужно соблюдать определенные критерии:

- запись ведётся на листе бумаги повышенного качества, или фильтровальной бумаге, тонким и длинным деревянным остриём, пропитанным нужными чернилами (к примеру, зубочисткой или спичкой в обкрутке ватой), тоненьким стерженьком фломастера, либо тонкой кисточкой, стеклянной палочкой; главное, чтобы данное «перо» не царапало бумагу;

- и до, и после написания лист тщательно разглаживается с обеих сторон по разным направлениям мягкой материей, скрывая тайнопись в поверхностном слое бумаги;

- лист с тайнописью обрабатывается паром, а после зажимается между страницами объёмной книги и высушивается. Ежели на нём появятся следы от «химии» или они будут видны ультрафиолетовыми лучами – запись бракуется;

- если всё в порядке – то на листе со скрытой информацией пишут открытое письмо или же некую другую безобидную фактуру.

Получение невидимых чернил из фенолфталеина и гидроксида натрия.

Цель: получить невидимые чернила из фенолфталеина и гидроксида натрия.

Оборудование: лист бумаги, колбы, кисть.

Реактивы: фенолфталеин, гидроксид натрия.

Ход работы:

  1. В разные колбы налить растворы фенолфталеина и гидроксида натрия.

  2. На лист бумаги кистью нанести раствор фенолфталеина и дождаться высыхания. (См. приложение 1)

  3. Кистью, поверх высохшей надписью, наносим раствор гидроксида натрия.

  4. Наблюдаем реакцию. (См. приложение 2)

C20H14O4+2NaOH=C20H12O4Na2+2H2O

Выводы: в результате качественной реакции индикатор (фенолфталеин) в щелочной среде окрасился в фиолетовый цвет.

Получение невидимых чернил из аспирина и хлорида железа.

Цель: получить невидимые чернила из аспирина и хлорид железа(III)

Оборудование: колбы, кисть, лист бумаги.

Реактивы: аспирин упса, хлорид железа(III).

Ход работы:

  1. Растворить в одной колбе с водой таблетку аспирин, в другую налить раствор хлорида железа(III).

  2. Кистью на лист бумаги нанести раствор с аспирином и дождаться высыхания. (См. приложение 3)

  3. На высохшую надпись кистью нанести раствор хлорида железа(III).

  4. Наблюдаем реакцию. (См. приложение 4)

Вывод: реакция выявила наличие салициловой кислоты в составе, поэтому чернила проявились.

Получение невидимых чернил из медного купороса.

Цель: получить невидимые чернила из медного купороса.

Оборудование: колба, кисть, вата, лист бумаги.

Реактивы: медный купорос, водный раствор аммиака 40%.

Ход работы:

  1. Растворить в колбе с водой медный купорос.

  2. Нанести кистью раствор из колбы на бумагу и дождаться высыхания. (См. приложение 5)

  3. Смочить водным раствором аммиака 40% вату и нанести поверх высохшей надписи.

  4. Наблюдаем реакцию. (См приложение 6)

Cu(OH)2 + 4NH3 + 2H2O = [Cu(NH3)4(OH2)2](OH)2

Вывод: в ходе реакции образуется осадок гидроксида меди голубого цвета, за сет этого надпись проявляется.

Получение невидимых чернил из сока лимона.

Цель: получить невидимые чернила из сока лимона.

Оборудование: лист бумаги, спичка, кисть.

Реактивы: лимон.

Ход работы:

  1. Из половинки лимона выдавить немного лимонного сока.

  2. Кистью нанести на бумагу лимонный сок и дождаться высыхания. (См. приложение 7)

  3. Зажечь спичку и аккуратно, не поднося слишком близко, нагреть лист.

  4. Наблюдаем реакцию (См. приложение 8)

Вывод: при нагревании лимонного сока сгорает содержащаяся в нем лимонная кислота, за счет этого надпись становится видимой

Заключение.

В результате исследования я смогла добиться своей цели, рассмотрев разные виды чернил, я смогла узнать много ранее неизвестных мне свойств веществ. Также у меня получилось найти разные способы приготовления невидимых чернил, с некоторыми из которых может справиться любой человек, ведь ингредиенты для них общедоступные. Проведя несколько экспериментов я смогла доказать свою гипотезу, что невидимые чернила существуют и их возможно сделать. Решение проблемы своего проекта мне тоже удалось найти, ведь не для всех рецептов нужны вещества, которые есть только в лаборатории. Делая вывод можно сказать, что способов приготовления невидимых чернил и методов их проявления очень много. Для каждого вида чернил нужны особые методы проявления, единого метода не существует. Невидимые чернила это очень объемная и интересная тема.

Приложение.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Список литературы.

1) Лаврова С.А. Загадки и тайны обычных вещей. – Изд. «Белый город», 2006.

2) Лаврова С.А. Моя первая книга. Занимательная химия для малышей. – Изд. «Белый город», 2009.)

3) Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение, 1995.

4) Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К.Мишиной, А.Зыковой. – М.: Эксмо, 2017.

5) ttp://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/chernila.html?page=0,1

6) http://schoolchemistry.by.ru/

7) https://ru.wikipedia.org/wiki/

8) https://idea.vrnlib.ru/article/tajnaya-perepiska-izobretenie-nevidimyh-chernil/

9) https://tavika.ru/2016/03/invisible.html

10) https://www.kristallikov.net/

Просмотров работы: 273