Невидимые (симпатические) чернила

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

Личный портфель

Невидимые (симпатические) чернила

Давыдов А.Д. 1
1МАОУ "Гимназия №17" г. Перми
Сунцова Е.В. 1
1МАОУ "Гимназия №17" г. Перми
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

Летом на каникулах я смотрел фильм, в котором увидел, как полиция использовала на денежных купюрах метки, которые были видны только с помощью специального фонарика. Мне стало очень интересно, а можно ли такие шпионские чернила изготовить дома самому.

Актуальность исследования: симпатические чернила можно использовать для написания тайных писем, защиты различных документов (сертификатов, аттестатов, лицензий, удостоверений, паспортов, виз, денежных купюр).

Гипотеза: предположим, что невидимые чернила существуют и их можно сделать в домашних условиях.

Объект исследования: невидимые чернила.

Предмет исследования: вещества, исчезающие при нанесении на бумагу и проявляющиеся на ней при определенных условиях.

Цель исследования: научиться изготавливать невидимые чернила.

Задачи исследования:

1. обобщить и проанализировать теоретический материал о способах получения симпатических чернил;

2. расширить знания о свойствах веществ, необходимых для получения симпатических чернил;

3. провести эксперименты по изготовлению невидимых чернил;

4. сделать вывод.

1 Теоретическая часть

1.1 Что такое невидимые чернила?

Невидимые чернила – это бесцветные или слабоокрашенные растворы некоторых веществ или смесей, которые не оставляют следа на бумаге после высыхания. Надписи или изображения, сделанные такими чернилами, становятся видимыми (проявляются) только при определённых условиях (нагрев, освещение, химический проявитель, ультрафиолетовые или инфракрасные лучи). Еще их называют симпатические чернила, т.е. невидимые.

Существует два типа симпатических чернил:

- проявляющиеся;

- исчезающие.

В данном проекте я рассматриваю проявляющиеся симпатические чернила.

Изготовление и использование симпатических чернил - один из наиболее распространенных методов классической стеганографии (тайнописи). Чаще всего процесс записи тайного текста осуществляется двойным образом: сначала невидимыми чернилами наносится первый слой, а затем — поверх него — запись обычными видимыми чернилами, не содержащая тайны.

1.2 Классификация симпатических чернил

В зависимости от характера воздействия для проявления все симпатические чернила можно условно разделить на химические, фоточувствительные, люминесцентные (светочувствительные), термочувствительные и влагочувствительные.

Химические чернила - бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты.

Фоточувствительные чернила - чернила, способные проявляться или исчезать под действием света.

Люминесцентные чернила (светочувствительные) - бесцветные либо слабо окрашенные вещества, способные к люминесценции под действием ультрафиолетового излучения.

Термочувствительные чернила - бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые переходят в окрашенные соединения при нагревании.

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

1.3 Историческая справка о симпатических чернилах

Считается, что «тайные» чернила, не оставляющие следов на бумаге и проявляющиеся при нагревании или смачивании определенным раствором, впервые появились в XVII веке во Франции. Сам термин «симпатические» впервые был введён французским химиком Никола Лемери в 1675 году.

Чернилами для секретной переписки, то есть симпатическими, пользовались еще в древние времена. В І веке нашей эры Филон Александрийский описал способ изготовления «тайных» чернил из сока чернильных орешков.

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, который после высыхания написанных иероглифов не оставляет никаких видимых следов. Если такое письмо слегка смочить слабым спиртовым раствором йода, то появляются синие буквы. А император для проявления письма пользовался бурым отваром морских водорослей, содержащим йод.

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

Секретные чернила широко применялись в России революционерами -подпольщиками. Секретный текст, написанный молоком между строк внешне безобидного обычного письма, 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.

1.4 Применение симпатических чернил в настоящее время

В прошлом невидимые чернила широко применялись для тайной переписки. В настоящее время используются невидимые люминесцентные чернила для: шоу-техники, декораций, создание оригинального дизайна; косметики; наружной рекламы; текстильных и полиграфических изделий, эвакуационных, пожарных, предупреждающих, указывающих и других светознаков. 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), Флуоресцирующие невидимые краски в производстве кинофильмов применяются главным образом для получения кадров с изображениями "висящих в пространстве" объектов, например, декоративных "космических объектов", ракет, самолётов.

2 Практическая часть

2.1 Изготовление термочувствительных чернил

Эксперимент №1

Для проведения эксперимента №1 я использовал: молоко, соду, яблочный сок, мёд, луковый сок, лимонный сок (Рис. 1). Метод проявления - нагрев утюгом (Рис. 2). Инструмент для написания – ватная палочка.

Рис. 1 – материалы для приготовления термочувствительных чернил

Рис. 2 – процесс проявления термочувствительных чернил - нагрев утюгом

Эксперимент с молоком. Я взял молоко, нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Рис. 3 – результат проявления термочувствительных чернил из молока

Эксперимент с содой. Я приготовил раствор с использованием 1 части пищевой соды и 1 части воды. Нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Рис. 4 – результат проявления термочувствительных чернил из соды

Эксперимент с яблочным соком. Я взял пакетированный яблочный сок, нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Рис. 5 – результат проявления термочувствительных чернил из яблочного сока

Эксперимент с луковым соком. Я взял луковый сок и нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Эксперимент с лимонным соком. Я взял лимонный сок и нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Рис. 6 – результат проявления термочувствительных чернил из лукового и лимонного сока

Эксперимент с мёдом. Я приготовил раствор с использованием 2 частей мёда и 1 части воды. Нанёс его на бумагу с помощью ватной палочки. В течение 10 минут бумага просохла. Далее я прогрел лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Рис. 7 – результат проявления термочувствительных чернил из раствора мёда

Вывод: в ходе эксперимента №1 я получил термочувствительные чернила. Органические вещества, входящие в термочувствительные чернила, окрашивали бумагу продуктами своего разложения в цвета от желтого до светло-коричневого, обугливаясь быстрее чем бумага. Кроме того, в ходе эксперимента № 1 я установил, что лучшими являются чернила из соды, т.к. они легко готовятся, незаметны на бумаге при нанесении, не имеют запаха, высыхают быстрее, проявляются ярче и однороднее, ими даже можно заправлять в авторучку, так как они не портятся.

2.2 Изготовление химических чернил

Эксперимент №2

Для проведения эксперимента №2 я использовал: рисовый отвар и лимонный сок (Рис. 8). Метод проявления – химический (водный раствор йода) (Рис. 9). Инструмент для написания – ватная палочка.

При изготовлении химических чернил:

  1. подготовил бумагу для нанесения химических чернил;

  2. приготовил растворы невидимых чернил: сок лимона, рисовый отвар;

  3. приготовил проявитель: водный раствор йода (на 50 мл воды пять капель йода);

  4. нанес с помощью ватной палочки растворы химических чернил на лист бумаги в виде надписей и просушил их;

  5. проявил надписи с помощью водного раствора йода, нанесенного кистью.

Рис. 8 – материалы для приготовления химических чернил

Рис.10 – результат проявления химических чернил

Рис. 9 – процесс проявления химических чернил водным раствором йода

Вывод: в ходе эксперимента №2 я получил химические чернила. Бумага содержит небольшое количество крахмала, который вступает в химическую реакцию с водным раствором йода. При этом лимонный сок защитил бумагу от окрашивания водным раствором йода, поэтому надпись лимонным соком осталась цветом бумаги (белая). Рисовый отвар содержит намного больше крахмала, чем бумага, поэтому надпись, сделанная этим отваром, окрасилась ярче в сине-фиолетовый цвет, чем бумага. Кроме того, в ходе эксперимента № 2 я установил, что лучшими являются чернила из сока лимона, так как эти чернила менее трудоёмки при изготовлении.

2.3 Изготовление люминесцентных (светочувствительных) чернил

Эксперимент №3

Для проведения эксперимента №3 я использовал оптический отбеливатель (Рис. 11).

Метод проявления: действие ультрафиолетового излучения – свечение ультрафиолетового фонарика (Рис. 12).

При изготовлении люминесцентных (светочувствительных) чернил:

  1. подготовил бумагу для нанесения люминесцентных (светочувствительных) чернил;

  2. приготовил водный раствор оптического отбеливателя (на 50 мл воды одна столовая ложка оптического отбеливателя);

  3. нанес с помощью ватной палочки приготовленный водный раствор оптического отбеливателя на лист бумаги в виде надписи и просушил её;

  4. проявил надпись с помощью ультрафиолетового фонарика.

Рис. 12 – результат проявления люминесцентных (светочувствительных) чернил

Рис. 11 – оптический отбеливатель и ультрафиолетовый фонарик

Вывод: в ходе эксперимента №3 я установил, что не каждый отбеливатель пригоден для приготовления люминесцентных (светочувствительных) чернил, а только оптический отбеливатель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получить невидимые чернила самостоятельно можно из легкодоступных в домашнем обиходе веществ. Конечно, не все виды симпатических (невидимых) чернил можно получить в домашних условиях, в основном только термочувствительные 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.

В качестве чернил для тайнописи, можно использовать очень многие вещества: лекарства, отдельные продукты и даже бытовую химию.

Таким образом, я полностью подтвердил выдвинутую в начале работы гипотезу, невидимые чернила существуют и их можно изготовить в домашних условиях.

Возможно, в будущем я стану химиком. А сейчас я собираюсь поделиться своими знаниями о невидимых чернилах с братом, друзьями и вести с ними тайную переписку. Ведь это будет так интересно для нас и непонятно для окружающих нас взрослых!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Красицкий В. А., Симпатические чернила. Invisible ink / В. А. Красицкий / Химия и Химики. - 2015 - №5.

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

3. Стивен У.Мойе (перевод Л.Оганезова). Занимательная химия. Замечательные опыты с простыми веществами, М.: Издательство «АСТ Астрель», 2007.

4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К.Мишиной, А.Зыковой. – М.: Эксмо, 2007

5. Материалы сайтов Интернета.

Просмотров работы: 5