XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Невидимые чернила

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Белокрылов К.Ф. 1

---

1МБОУ СОШ № 91 с углубленным изучением отдельных предметов имени Надежды Курченко

Семакина Т.В. 1

---

1МБОУ СОШ № 91 с углубленным изучением отдельных предметов имени Надежды Курченко

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

На день рождения мне подарили «ручку – 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.

Пролистав книги таких авторов, как Лаврова С.А. и Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю.[1,3] и почитав в интернете [4] я выяснил, что такие чернила называются не просто невидимые, а симпатические.

Актуальность исследования заключается в том, что мало кто сейчас знает о существовании симпатических чернил, которые можно использовать для передачи информации в чрезвычайных ситуациях.

Целью моей работы является: изготовить невидимые чернила в домашних условиях своими руками.

Задачи:

• изучить, что такое симпатические чернила;

• приготовить невидимые чернила.

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

Объект исследования: невидимые чернила.

Предмет исследования: симпатические чернила и способы их проявления.

Методы исследования:

• Сбор, анализ и обобщение информации из различных источников;

• эксперимент, проведение опытов по изготовлению невидимых чернил.

1. Теоретическая часть

1. 1. Что такое невидимые (симпатические) чернила?

Невидимые (симпатические) чернила – это чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определенных условиях (нагрев, химический проявитель, ультрафиолетовые или инфракрасные лучи и др.).

Например, нагревания или воздействия некоторыми растворами – проявителями. А еще я узнал, что все эти растворы и их взаимодействие изучает наука – химия.

Существует целая наука, занимающаяся невидимыми письмами - стеганография.

1. 2. История симпатических (невидимых) чернил.

Симпатические чернила изобрели греки еще в 4 веке до н. э. Отличился Эней Тактик, ставший не только основоположником тактики, как серьезной науки, но и автором трактата, в котором подробно изложил методы шифрования и стеганографии. В нем встречаются упоминается и о симпатических чернилах, позволяющих передавать секретные депеши.

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.

В эпоху Возрождения ученые, изобретатели и художники стали задумываться о способах сохранения от третьих лиц и конкурентов результатов своих исследований, рецептов красок. Для этой цели они изобретали составы, позволяющие скрывать секретный текст. Кроме всего прочего, это было жизненно важно, так как инквизиция живо интересовалась всем, что могло представлять угрозу доктрине церкви.

Известна история с ученым Джамбаттиста делла Порта. Он изобрел метод написаний тайных сообщений на яичной скорлупе. Его друзья были заключены испанской инквизицией в тюрьму, и важно было придумать способ переписки для обмена новостями. Способ Джамбаттиста был простой и одновременно гениальный, заключался в следующем: на яйцо наносился текст, но не обычными чернилами, а специальной смесью из квасцов и пигментов. После нанесения и проникновения чернил через скорлупу, они высыхали. Затем следовало яйца отварить, в результате чего чернила смывались со скорлупы. Получатель должен был счистить скорлупу, чтобы прочитать сообщение на яичном белке. Этот метод был выбран не случайно, ведь в то время действовал запрет инквизиции: заключенным разрешалось передавать в тюрьму только продукты. Так друзья делла Порты могли узнавать, что происходило за пределами тюремных стен.

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.

Известен случай применения невидимых чернил в Войне за независимость США. Так, до нас дошел документ, согласно которому глава британской разведки приказал своим агентам в стане повстанцев на пересылаемых письмах незаметно проставлять букву «F», если использовались чернила, проявляемые нагреванием, или «А», если для прочтения следовало обрабатывать депешу кислотой. Известно также, что Джордж Вашингтон советовал своим разведчикам «прятать» донесения в обычных письмах. Их нужно было записывать между строк симпатическими чернилами.

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.

Вторая мировая заставила противников усиленно заниматься модернизаций существующих методов секретной связи. В Советском Союзе и Германии, а также в других странах, вовлеченных в вооруженное противостояние, разрабатывались различные химические составы, которые использовались в качестве симпатических чернил. Ими писали на обычных, неприметных предметах. Например, сохранился платок с нанесенным секретным текстом (Фото 1).

Фото. 1

1. 3. 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 молоко, лимон, сода – 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. Для проявления можно использовать ультрафиолетовые фонарики, миниатюрные детекторы валют и даже части копировальных аппаратов (там часто применяются лампы с ультрафиолетовым спектром излучения).

2. 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.

2. Практическая часть

2.1. Изготовление невидимых чернил в домашних условиях

Эксперимент 1. приготовление невидимых чернил из лимона

Для этого понадобятся: половинка лимона, стаканчик, кисточка, белый лист бумаги. Выдавили сок из лимона в стакан, добавили такое же количество воды. Обмакнули кисточку в раствор лимонного сока и воды и сделали надпись на бумаге (Фото 2). После того, как надпись сделана, ей надо дать высохнуть. Чтобы проявить надпись, мы нагрели листок бумаги над огнем, а другие записи прогладили горячим утюгом (Фото 3).

Фото 2.

Фото 3.

Выводы: Лимонная кислота темнеет при воздействии температуры и таким образом, чернила становятся видимыми. Лимонный сок приятно пахнет, не заметен при высыхании, но долго сохнет, проявляется слабо, букв практически не видно и при нагревании на огнем, и при проглаживании утюгом (Фото 4).

Фото 4.

Эксперимент 2. приготовление невидимых чернил из молока

Я налил в стаканчик молоко. Обмакнули кисточку в молоко и написали ей на листке белой бумаги. Дали молоку высохнуть. От букв не осталось ни следа, ни запаха. Затем нагрел бумагу над свечой, и на ней проступило написанное, так как молоко при нагревании изменило цвет (Фото 5).

Фото 5.

Выводы: Молоко действительно изменило цвет, но цвет надписи оказались не однородным, буквы проявлялись слабо, также, как и в эксперименте с лимонной кислотой.

Эксперимент 3. Приготовление невидимых чернил из соды

Необходимо приготовить насыщенный раствор обыкновенной питьевой соды в воде. Затем кисточкой нанести надписи. Сразу же за кистью вода испаряется, и на листе бумаги вроде бы ничего нет. Проявляется тайное письмо тоже очень просто: воздействием тепла. При нагревании утюгом проступает темно-коричневый текст (Фото 6).

Фото 6.

Вывод: Этот текст оказался более ярким и однородным чем в двух предыдущих экспериментах. Надпись проявилась быстро, четко и ясно. Чернила не имеют запаха и не портятся.

Эксперимент №4. Приготовление невидимых чернил из сливок

Я налил в стаканчик сливки. Обмакнули кисточку и написали ей на листке белой бумаги. Дал сливкам высохнуть. От букв не осталось ни следа, ни запаха. Затем нагрели бумагу над огнем, другой лист утюгом, и на ней проступило написанное. Этот текст оказался самым ярким и однородным из всех предыдущих (Фото 7).

Фото 7.

Выводы: Сливки действительно изменили цвет, цвет надписи стал однородным, буквы проявлялись хорошо, но греть нужно было дольше. Надпись одинаково легко проявлялась и под воздействием огня, и под воздействием утюга. Но сливки при нагревании имеют приторно сладкий запах.

Эксперимент №5. Приготовление невидимых чернил из крахмала

В первую очередь, с помощью папы, я приготовил клейстер: смешал 2 части крахмала и 1 часть воды и нагрел на медленном огне, постоянно помешивая.  

После остывания этой жидкостью можно писать крупные буквы на обычной бумаге с помощью кисточки (ватной палочки). 

Чернила проявятся после смазывания листа водным раствором йода (Фото 8). В бумаге крахмала мало – и она окрашивается в светло-фиолетовый цвет. А те места, которые мы промазали крахмалом, становятся темно-фиолетовыми.

Фото 8.

Эксперимент № 6. Приготовление невидимых чернил из кока-колы.

Я налил в стаканчик кока-колу. Обмакнули кисточку и написали ей на листке белой бумаги. Дал высохнуть. Кока-кола имеет темный цвет и при высыхании буквы хорошо видны. Затем нагрели бумагу над огнем, другой лист утюгом, написанное стало более заметно (Фото 9).

Фото 9.

Выводы: Кока-кола не подходит для тайных записей.

Ко всем перечисленным выводам можно добавить, что огнем пользоваться не очень удобно и безопасно потому, что постоянно боишься, что листок может загореться, гораздо удобнее пользоваться утюгом. Но эксперимент позволил доказать, что надпись проявляется от воздействия любого тепла. Выводы по проведенным экспериментам сведены мной в таблицу (Приложение 1).

Заключение

1. Получить невидимые чернила самостоятельно можно из легкодоступных в домашнем обиходе веществ. Причем, с этим справится даже ребенок, поскольку мне 9 лет, и я легко с этим справился.

2. Не все виды симпатических (невидимых) чернил можно получить в домашних условиях, в основном только теплочувствительные чернила. Так как их легко проявить в домашних условиях воздействием тепла. Симпатические чернила, для которых нужны химические вещества или химические проявители, можно получить только в специальной химической лаборатории.

3. Проявлять невидимые записи в домашних условиях можно с помощью, огня, лампы, утюга, но наиболее удобный и безопасный способ - это с помощью утюга.

4. В ходе экспериментов я установил, что самыми подходящими самодельными невидимыми чернилами можно считать – чернила из соды. Они легко готовятся, долго хранятся, не имеют запаха, высыхают быстрее других чернил, участвующих в эксперименте и абсолютно незаметны на бумаге. Их можно даже заправлять в авторучку, так как они не портятся. И эти чернила проявляются ярче и однороднее других невидимых чернил. Таким образом, невидимые чернила из соды - самые лучшие в моем эксперименте.

Итак, я добился той цели, которую ставил перед собой в начале исследования – узнал, из чего изготавливают невидимые чернила, какие они бывают, какие рецепты симпатических чернил известны, а также в домашних условиях создал симпатические чернила из легкодоступных веществ.

Таким образом, я полностью подтвердил выдвинутую мной в начале исследования гипотезу о том, что изготовить невидимые чернила можно самому в домашних условиях.

Список используемой литературы и электронных ресурсов:

1. Лаврова С.А. Загадки и тайны обычных вещей. – Изд. «Белый город», 2016.

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

3. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – М.: Химия, 2011.

4. https:// ru.m.wikipedia.org

Приложение 1

Результаты эксперимента