Невидимые чернила

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Стемповская В.А. 1

---

1АНОО «Ломоносовская школа – Зелёный мыс»

Лапина В.Е. 1

---

1АНОО «Ломоносовская школа – Зелёный мыс»

Работа в формате PDF

837.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1Введение

В разных фильмах про шпионов всегда есть сюжет, где главный герой пишет секретное донесение. Но как сделать так, чтобы эту запись не прочитал никто из чужих?! Ловкий шпион может воспользоваться «секретным оружием»: невидимыми чернилами! Резидент пишет письмо обычными с виду чернилами, а они вдруг на глазах исчезают! Или он пишет письмо непонятными невидимыми средствами, а адресат знает, как можно прочитать такое необычное письмо!

Я- не шпион, я- ученица 3 класса, и в силу своего возраста очень люблю игры, ^квесты… А в квестах участники, порой, идут по маршруту, преодолевают препятствия, выполняют трудные задания… Одним из таких заданий является «шпионское письмо», т.е. письмо, написанное невидимыми чернилами. Это необычайно увлекательно читать между строк, предварительно подготовив письмо к прочтению. Но что это за волшебные чернила такие? А могут ли они быть у меня?

Таким образом,предмет моего исследования: вещества, исчезающие при нанесении на бумагу и проявляющиеся на ней при определенных условиях.

Объект исследования: невидимые чернила.

Тема исследования: Возможность создания невидимых чернил с целью использования их для «секретных» писем, «шпионских» записей в игровых квестах.

Целью работы является: узнать, что такое невидимые чернила; какие бывают невидимые чернила; и изготовить невидимые чернила в классе своими руками.

Задачи:

1. Изучить литературу и интернет - источники о видах невидимых чернил и способах их получения. В этом нам помогут взрослые.

2. Познакомиться с народными знаниями и «хитростями» использования этих веществ.

3. Проверить свою гипотезу о возможности самостоятельного изготовления невидимых чернил.

4. Описать результаты эксперимента и сделать выводы.

5. Рассказать ученикам моего класса и ребятам школы о результатах своих исследований.

6. Выпустить Памятку-буклет с результатами своих исследований

Мы попробуем окунуться в процесс создания «шпионских» записей с целью интересно провести время.

Методы моей исследовательской деятельности:

поиск и сбор информации, изучение литературных источников и интернет- ресурсов, эксперименты с различными веществами, которые есть у нас дома, анализ изученного и практическое применение.

Итак,  гипотеза нашего исследования такая: изготовить невидимые чернила можно самим дома или в классе и выполнить эту работу сможет даже первоклассник.

Практическое применение:

Данная работа может быть использована для сохранения личной информации от чужих глаз (пароли, пинкоды), в подготовке и проведении спортивной игры, квеста, в частной переписке для создания таинственности, а, так же, она способствует расширению научного кругозора в области химических реакций.

План исследования:

1.Наблюдение. Возникновение вопросов

2.Выдвижение гипотезы

3.Изучение информации

4.Проведение экспериментов, используя разные материалы

5.Оформление информационного буклета

6.Защита работы

II. Основная часть, практическая:

Исследование 1 Чернила, проявляющиеся от нагревания.

Исследование 2 Чернила из рисового отвара и крахмального клейстера

Исследование 3 Воздействие ультрафиолетом

Исследование 4 Восковой карандаш и акварельные краски

Исходя из проделанной работы, формирование вывода.

Оформление работы и представление ее результатов: фото и видео проведённых исследований,презентация с поэтапным ходом и результатами исследования, памятка-буклет с советами по изготовлении невидимых чернил быту.

Приложение: фото, видео, буклет, «невидимые» записи и рисунки, презентация

Рефлексия: что может быть интереснее новых знаний?! А, если эти знания настолько таинственны, что их никто не видит, кроме тебя?! А, если эти знания и умения могут привести твою команду к победе?! Это очень разнообразит нашу жизнь, делая ее еще более привлекательной и интересной!

1. Теоретическая часть

«Чернилам есть, что рассказать…»

Светлана Командровская

История происхождения чернил началась в тот момент, когда у человека возникла необходимость сохранять информацию, желание увековечить свои наблюдения и сохранить для потомков. На протяжении нескольких тысяч лет человечество совершенствовало составы и способы приготовления жидкостей для письма.

1. 1. Появление чернил

Древние египтяне были самыми первыми, кто придумал рецепт изготовления чернил. Поскольку писали в те времена на папирусе, то использовали смесь масла и сажи, иногда с добавлением мускуса и камфоры в качестве ароматизаторов. А еще камедь- смесь густого сока акации или вишни, смешанной с золой от папируса. Рукописи за многие тысячелетия не потеряли своей яркости. С этого и начинается история чернил.

В Китае тот же состав (смесь масла и сажи) применяли 2,5 тысячелетия назад. Древние китайцы добавили щелочной раствор в смесь сажи со смолой. Так появилась тушь- густая масса, которая была ломкой, отслаивалась и отскакивала при высыхании. К тому же, тушь плохо стекала с пера, и, возможно, поэтому на Востоке предпочитали рисовать иероглифы кисточкой.

Римляне и греки еще до нашей эры (в III веке) использовали несколько типов чернил. Для приготовления красных «придворных чернил» или «императорских» применяли киноварь и пурпур. Правда, римские чернила можно было очень легко смыть губкой или просто слизнуть языком. Для того, чтобы сделать черные чернила использовали живописную черную краску, виноградную лозу, сажу, древесный костяной уголь, плодовые косточки. Позднее, чтобы их изготовить, отваривали кору дубильных растений.

Н а смену им пришли чернила из орешков –галлов, покрывающих листья дуба. Это наросты на листьях, в которых живёт личинка насекомого орехотворки. Из орешков – галлов выжимали сок, смешивали с железным купоросом, добавляли немного клея – получались стойкие чернила с красивым отблеском. Такие чернила назывались «железными». История «железных» чернил берет начало в XVI веке. Готовили их следующим образом: из ореховой или же дубовой коры, ольховых корней, «чернильных орешков»- галлов, делали варево — «чернильное сусло». Затем туда опускали куски железа, потом камедь (вишневый клей) — для прочности чернил, а чтобы снизить вязкость, добавляли гвоздику, имбирь, квасцы. Сохранившиеся рукописи, написанные этими чернилами, выглядят так, будто они только что вышли из – под пера. Но у таких чернил был и недостаток: написанное можно было прочесть только спустя 10 – 12 часов, а до этого текст был бесцветным.

Только в 1876 году Химик К.Б. Шееле смог распознать секрет получения таких чернил. Им было установлено, что во время варки в воду из ольховой коры поступают дубильные кислоты, и железо с ними образует закисные железистые соли. Получался слабо окрашенный раствор, но при высыхании, когда железо окислялось, он темнел. Образовавшаяся окись железа в воде нерастворима и устойчива к световым лучам.

В поисках идеальных чернил в ход шли самые разные компоненты: 

• Растительного происхождения: бузина, отвары ореховой кожуры и каштанов, черника, сажа из косточек винограда. 

• Животного происхождения: высушенные и переработанные чернильные мешочки каракатиц (краситель сепия), моллюски-иглянки (пурпур). Последний использовался древними римлянами и греками для изготовления красных чернил — крайне редкого и дорогого красителя.

• Драгоценные камни: рубин, перламутр, сапфир. Рецептуры таких красителей держались в тайне и не дошли до нашего времени. 

В XVI- XVII вв. на территории современной России тоже изобрели «железные чернила» — смесь из древесной коры и галлов (болезненных образований на листьях деревьев), настоянных на железных обломках, а позже на медном купоросе. Такой состав придавал надписям стойкость к свету и влаге. Пользовались популярностью и чернила из сандалового дерева, изобретенные в 1847 году профессором Рунге — немецким химиком. Для них был характерен фиолетовый оттенок. 

В конце XIX века появились ализариновые чернила. Их создал саксонец Х.Леонгарди. За основу были снова взяты чернильные орешки, но добавление маренового краппа придало бесцветным до этого чернилам интенсивный сине-зеленый оттенок. Со временем на смену растительным ингредиентам в ализариновых чернилах пришли синтетические. 

Ещё в прошлом веке великий изобретатель Томас Эдисон придумал чернила для слепых. Стоило написать ими текст и немного подождать, как бумага в тех местах, где были начертаны буквы, твердела и поднималась, образуя рельеф.Слепые могли "читать" их пальцами.

2.2 Чернила в наши дни

Время идет, и история чернил тоже не стоит на месте. В наше время изобретено множество видов чернил, среди которых есть, так называемые, «вечные» и невидимые чернила. Современные чернила для печати далеко ушли от своих предшественников по физическим и эксплуатационным свойствам. Сегодня это уже не смесь сажи с маслом или отвары древесных наростов, а сложные многокомпонентные жидкости, насчитывающие в своем составе от 4 до 20 элементов.

Ответ на вопрос, из чего делают чернила, становится очевидным, если посмотреть на то, какие свойства требуются от чернил.

Во-первых, они должны быть стойкими и не выгорать. Во-вторых, чернила должны не растекаться и создавать четкое письмо. В-третьих, они не должны быть дорогими. Должны быть жидкими и чистыми, не засорять ручки и так далее.

Ч тобы выполнить все эти требования, чернила делают на основе чистой дистиллированной воды, добавляя красители и обязательно вещество для вязкости, например глицерин.

Чернила в основном имеют приблизительно такой состав:

• Растворитель (этанол, глицерин, дистиллированная вода);

• Краситель (Индиго, Фуксин, Сульфат железа, Метиловый фиолетовый, Индигокармин);

• Модификатор, который задаёт чернилам смачиваемость или вязкость (многоатомные спирты, декстрины, сахара);

• Консерванты.

В состав чернил может входить ещё множество других веществ.

Вот рецепт для приготовления чернил обычных, или как их еще называют "школьные чернила"

Нужно взять -

• тридцать частей воды,

• одну часть железного купороса,

• одну часть гуммиарабика,

• полторы части чернильных орешков.

Растолочь орешек и залить водой, настаивать несколько дней. В другой емкости растворяют гуммиарабик и железный купорос. После того как вода вытянет из чернильных орешков красящий пигмент, оба раствора смешивают и дают отстоятся. Процеженные чернила готовы.

В первых струйных принтерах, вышедших в конце 70-х гг. XX века, использовались чернила на водной основе. Они придавали отпечаткам яркость и насыщенность, но не отличались ни свето-, ни влагоустойчивостью. Фундаментальным ингредиентом в чернилах для струйной печати является растворитель. 

Виды красящих веществ в чернилах

Тип красящего вещества	Характеристики
Водорастворимый краситель	Такие чернила отлично ложатся на глянцевое покрытие, потому незаменимы при фотопечати. Качество бумаги имеет большое значение для интенсивности отпечатков
Пигмент (нерастворимые частицы)		Обеспечивает яркость и четкость изображения на любом типе бумаги. Используется для печати фото и обычных документов. Отпечатки устойчивы к выгоранию

Кроме вышеперечисленных компонентов, в состав чернил часто вводят дополнительные компоненты, регулирующие контрастность изображения, скорость закрепления раствора, его густоту, а также повышающие устойчивость отпечатков к УФ-лучам и влаге.

2 .3 Симпатические чернила

Тайная переписка ведется с древних времён и не прекращает своё существование и в современном мире. Для тайнописи существует много способов, и все они используют особый тип чернил — это симпатические («секретные») чернила, создающие бесцветными или слегка окрашенными жидкостями невидимое, письмо которое можно обнаружить с помощью специальной обработки или ингредиентов (например, путем нагревания или увлажнения подходящим реагентом). Сам термин «симпатические» впервые был введён французским химиком Н Лемери.

П ервый документально засвидетельствованный историками рецепт симпатических чернил предложил поэт Овидий (Публий Овидий Назон) 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. Составы невидимых чернил предлагал в I в. н.э. философ Филон Александрийский и писатель Плиний Старший. Последний описал в своей книге «Естественная история» соки некоторых растений, которыми можно пользоваться для тайнописи.

Ф илон Александрийский (1 век до н.э.), вероятно, был первым, кто использовал такие чернила в 250 году до нашей эры. Он использовал дубильную кислоту, чтобы написать секретное сообщение. Нагрев материала был бесполезен, а информация по-прежнему скрыта от не тех людей. Чтобы прочитать это, бумага должна была быть покрыта солями железа, которые химически реагировали с кислотой, в результате чего символы становились темнее, открывая надпись.

Симпатические чернила были впервые описаны врачом, алхимиком Джамбаттистой делла Порта в 1580 году. Он использовал сульфат железа в качестве п роявляющего реагента. А вот в целях шпионажа симпатические чернила были впервые использованы в 1775 году Б.Томпсоном (графом Рамфордом) при составлении письма, предупреждающего о нападении врага на Бостон. Возможно, это была первая «зашифрованная» информация, для считывания которой требовался химический реагент. 4 мая 1776 года американское правительство впервые применило невидимые чернила в дипломатической переписке. Секретный текст был написан дубильной кислотой, а буквы появились после обработки листа бумаги сульфатом железа.

2.4 Виды симпатических чернил

В наше время симпатическими чернилами занимается стеганография, которая выделяет 2 группы чернил: проявляющие и исчезающие.

Все невидимые симпатические чернила можно разделить (в зависимости от характера проявления) на такие виды:

- термочувствительные (бесцветные вещества, которые проявляются

при нагревании: молоко, сок);

- влагочувствительные (проявляются водой);

- фоточувствительные (способные проявляться или исчезать под

действием света);

- химические (бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые

могут взаимодействовать с другими веществами, давая яркий цвет: крахмал, рисовый отвар проявляются при соприкосновении с йодом);

- люминесцентные (бесцветные или слабо окрашенные вещества, проявляющиеся

под действием ультрафиолетового излучения).

Итак, оказывается, невидимые симпатические чернила появились в далёкой древности. Но в наши дни интерес к ним не пропал, а только разогрелся.

2. Практическая часть

Итак, заинтересовавшись «секретными» чернилами и познакомившись с ними в книжках, я окунулась в мир опытов и экспериментов.

Вначале мы протестировали будущие инструменты.

Заостренная палочка -удобно писать буквы, но неудобно рисовать

Кисть- удобно рисовать, но неудобно писать буквы

Пипетка- неудобно писать буквы, но можно что-либо изобразить

Ватная палочка- удобно рисовать, писать крупные буквы

Ручка для чернил- очень удобно писать

Исследование 1. Проявление чернил нагреванием.

Подготовимся:

1. р азвести с водой соду, на 1 часть соды понадобится столько же воды (1:1)

2. развести с водой сахар, на 1 часть сахара также понадобится столько же воды (1:1)

-Для проведения исследования понадобятся: молоко, сок лимона, раствор соды, раствор сахара, ватные палочки, писчая бумага, электрический утюг

-Ход работы: обмакнём палочку в раствор лимона, напишем что-либо на листке, дадим просохнуть. Таким же образом я поступила с другими веществами: с молоком, раствором сахара и соды. Чтобы надпись проявилась, надо ее нагреть, к примеру, над горячей электроконфоркой, свечой, лампой мощного накаливания или прогладить утюгом. Утюг оказался самым удобным и безопасным прибором.

-В итоге я получила следующие результаты: когда я написала на листке слова, их совсем не было видно, но после нагревания мы могли наблюдать появление на бумаге букв разного оттенка (от желтоватого до коричневого). Самая яркая надпись получилась на листке, на котором я писала соком лимона. Это я запомню и когда-нибудь воспользуюсь.

-Вывод: надписи нагреваются и обжигаются высокой температурой, становятся видны. Данные жидкости легко темнеют под воздействием температуры, гораздо быстрее, чем бумага.

Исследование 2 Реакция крахмала и йода.

Предварительно подготовимся:

1 ) сварим густой рисовый отвар так, чтобы вся вода не выкипела и не впиталась. Эта вода и будет нашими тайными чернилами, которыми мы будем писать секретные послания.

1) смешаем крахмал с водой: 2 части крахмала на 1 часть воды (2:1), нагреем на медленном огне, постоянно помешивая. Мы получим клейстер.

-Для проведения исследования понадобятся: рисовый отвар, клейстер из крахмала, раствор йода, ватные палочки, ватные диски

-Ход работы: нанести на один листок бумаги ватной палочкой запись рисовым отваром, а на другой листок- клейстером из крахмала. Дать просохнуть. После этого нанести ватным диском на оба эти листка раствор йода.

-В итоге я получила следующие результаты: бумага окрасилась в светло-фиолетовый цвет, а буквы проступили темно-фиолетовым оттенком.

-Вывод: в бумаге есть крахмал, но немного, поэтому при соприкосновении с йодом она обрела светло-фиолетовый цвет. А вот буквы получились более тёмные, потому что в них содержание крахмала больше.

Считается, что именно этим способом писали тайные послания китайские императоры

Совет хозяйкам: такую работу лучше всего проводить в перчатках, т.к. йод может испачкать наши руки.

Исследование 3 Воздействие ультрафиолетом

-Для проведения исследования понадобится: лист бумаги, отбеливающее средство для стирки , фонарь с ультрафиолетовым свечением.

-Ход работы: я обмакнула ватную палочку в средство для стирки «Ласка» и написала слово «пароль» на листке, дала просохнуть. В полной темноте направила луч фонарика на листок…

-В итоге я получила следующие результаты: на листе проступила надпись, которую совершенно не было видно без фонарика.

-Вывод: после высыхания буквы видны в ультрафиолетовом свете, они светятся в темноте. Для этого надо использовать специальный фонарик, которым, например, проверяют денежные купюры.

Исследование 4 Восковой карандаш и акварельные краски

Если для квеста нам надо обозначить место «секретного» объекта, достаточно на плане указать это место каким-либо знаком (крестиком, галочкой, стрелочкой, условным рисунком) белым восковым карандашом.

Для проведения исследования понадобятся: лист с планом комнаты (местности) для проведения квеста, белый восковой карандаш, акварельные краски, стакан с водой.

-Ход работы: отметим на плане крестиком «секретное» место.

В итоге я получил следующие результаты: крестик был совершенно не виден.

Но, если покрасить акварельной краской лист, на котором изображен план, крестик проявится.

-Вывод: воск отталкивает влагу, его нельзя покрасить, поэтому на синем фоне белый крестик стал отчетливо виден.

Выводы

Исходя из проделанной работы, можно сделать выводы: для создания невидимых «секретных» чернил мы использовали средства, которые есть в каждом доме и доступны всем. Все имеют одно свойство: они невидимы при письме. Но для того, чтобы они проявились, им необходимы разные условия: одни проявляются после нагревания, другие- при реакции с каким-либо другим веществом, третьи- при определённом освещении…

Заключение

В результате исследования пришла к следующему выводу:

Получить «секретные» невидимые чернила легко можно получить в домашних условиях при помощи разных легкодоступных веществ: соков фруктов и овощей, растворов сахара и соды, чистящих средств и минералов. Причем, с этим справится любой школьник, ведь я же справилась. Проявлять эти чернила можно разными способами: нагревать, смешивать, подсвечивать…

Когда я буду учиться в старших классах, на уроках химии я узнаю значительно больше, познакомлюсь с химическими процессами и, возможно, получу более сложные чернила.

Вспомним нашу Гипотезу 1: изготовить невидимые чернила можно самим дома или в классе и выполнить эту работу сможет даже первоклассник.

Таким образом, с помощью теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель исследования.

https://vladhistory.com/istoriya-vozniknoveniya-chernil/

https://rustoner.ru/news/evolyutsiya-chernil-ot-sozdaniya-do-vyisokotehnologichnyih-sovremennyih-sostavov

https://yandex.ru/video/preview/6344297886212072608

https://dzen.ru/video/watch/643ae930b4206372d48c55ec?f=d2d

https://www.youtube.com/watch?v=wk7-u1T8_pM

https://kanzoboz.ru/article/istoriya_chernil/

http://www.bolshoyvopros.ru/questions/41352-iz-chego-delajut-chernila.html