Симпатические чернила

Опубликовано Тоневицкая Надежда Вячеславовна вкл 02.02.2025 - 12:10

Автор:

Манзанов Егор

данная работа была представлена на XVIII Всероссийского конкурса достижений молодёжи "Национальное достояние России"

Скачать:

Вложение	Размер
simpaticheskie_chernila.docx	450.33 КБ

Предварительный просмотр:

МБОУ «Российская гимназия №59»

Симпатические чернила

Работу выполнил: ученик 8 класса

Манзанов Егор

Руководитель проекта:

Тоневицкая Надежда Вячеславовна

Улан-Удэ

2024 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………3

Глава I……………………………………………………………………………4

1.1.Что такое симпатические чернила?.…………………………………………..4

Классификация симпатических чернил и рецепты их приготовления…………..4

1.3 Методы выявления симпатических чернил………………………………...….4

Применение симпатических чернил…………………………………………..5

Глава II…………………………………………………………………………...5

Изготовление термочувствительных чернил…………………………………..5
Изготовление химических чернил………………………………………….....7

Заключение………………………………………………………………………9

Список используемой литературы……………………………………………..10

ВВЕДЕНИЕ

Существуют чернила, которые не оставляют следа на бумаге после их высыхания. Они представляют собой бесцветные пли слабоокрашенные растворы. Такие чернила называются симпатическими. Надписи или изображения, сделанные симпатическими чернилами, становятся видимыми только после определенного воздействия.

Актуальность исследования: симпатические чернила можно использовать для написания тайных писем, защиты различных документов (сертификатов, аттестатов, лицензий, удостоверений, паспортов, виз, денежных купюр), что является важной и весьма наукоемкой задачей.

Объект исследования: растворы химических веществ, на основе которых изготавливаются симпатические чернила.

Предмет исследования: эффективность проявления симпатических чернил.

Гипотеза: эффективность проявления симпатических чернил зависит от их состава и концентрации реагентов

Цель исследования: получить в домашних условиях и условиях школьной лаборатории невидимые чернила и оценить эффективность их проявления.

Задачи исследования:

Обобщить и проанализировать теоретический материал о способах получения симпатических чернил
Расширить знания о свойствах веществ, необходимых для получения симпатических чернил
В условиях школьной лаборатории изготовить симпатические чернила по различным рецептам и оценить эффективность их проявления

Методы исследования:

Анализ и обобщение литературных источников
Эксперимент

Глава I

1.1 Что такое симпатические чернила?

Симпатические (невидимые) чернила - это чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель). Они представляют собой бесцветные или слабо окрашенные растворы. Изготовление и использование симпатический чернил - один из наиболее распространенных методов классической стеганографии. В наше время, с развитием химии, получить такие чернила очень просто, можно использовать сотни разных веществ, фруктовых соков и предметов бытовой химии.

Классификация симпатических чернил и рецепты их приготовления

В зависимости от характера воздействия все симпатические чернила можно условно разделить на химические, фоточувствительные, термочувствительные и влагочувствительные.

Химические чернила. В состав химических чернил входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты.

Фоточувствительные чернила. Фоточувствительными называются чернила, способные проявляться или исчезать под действием света.

Люминесцентные чернила. Данная группа чернил содержит бесцветные либо слабо окрашенные вещества, способные к люминесценции под действием ультрафиолетового излучения.

Термочувствительные чернила. В состав термочувствительных симпатических чернил входят 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 Методы выявления симпатических чернил

Оптические методы включают просмотр в видимом свете, под проникающим излучением, в ультрафиолетовом свете от кварцевой лампы и в инфракрасных лучах, а также использование фотографии.

Механические методы включают: 1) посыпку бумаги тонким порошком графита, охры, сурьмы или оксида железа; 2) воздействие парами йода; 3) увлажнение водой, растворами йода (иногда с добавлением иодида калия), ультрамарина или других красителей.

Термические методы: обычно проводится воздействие на тайнопись умеренно нагретым телом, например, утюгом; при этом надо позаботиться о том, чтобы не повредить документ.

Химические методы охватывают: 1) воздействие парами аммиака, перекиси водорода или сероводорода; 2) увлажнение специальными растворами; 3) погружение в химическую ванну.

Применение симпатических чернил

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 и др.

Глава II

Изготовление термочувствительных чернил

Экспериментальная часть работы выполнена в домашних условиях и условиях школьной лаборатории. На первом этапе мы изготавливали Термочувствительные чернила. Для выполнения опытов взяли: соду, молоко, соки репчатого лука, яблока.

Опыт 1. Взяли молоко с различной концентрацией раствора намочили кисточку, и написали надпись на бумаге. Надпись просохла в течении 10 минут, затем мы прогрели её утюгом с различной температурой. После этого надпись проявилась тёмно-жёлтым цветом.

Уравнение химической реакции:

CxHy0z → xC + nH2O

Вывод: входящие в состав молока углеводы, органические кислоты при высокой температуре разлагаются, с образованием углерода, что вызывает изменение цвета. Выбирая для эксперимента молоко с различной концентрацией, мы отметили, что чем выше концентрация молока и чем выше температура, тем надпись проявлялась ярче и быстрее.

Опыт 2. Приготовили раствор: 1 часть пищевой соды и 1 части воды. С помощью кисточки нанесли на бумагу, дали ей просохнуть. Далее прогрели бумагу утюгом, проявилась надпись.

Уравнение химической реакции:

NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

(C6H1005) n + nNa2CO3 → nNa2CO3*5nH2O + 6nC

Вывод: пищевая сода превращается в кальцинированную, которая при нагревании реагирует с материалом бумаги (целлюлозой). След письма слегка темнеет.

Опыт 3. Взяли яблочный сок. С помощью кисточки нанесли его на лист бумаги. Надпись просохла в течение 10 минут. Далее прогрели бумагу с помощью утюга, надпись проявилась.

Уравнение химической реакции:

→ xC + nH2O

Вывод: яблочная кислота и другие вещества, входящие в состав яблока, разлагаются при нагревании и окрашивают бумагу.

Опыт 4. Взяли луковый сок, и нанесли его на бумагу. В течение 10 минут бумага просохла. Далее прогрели лист бумаги утюгом, надпись проявилась.

Уравнение химической реакции:

CxHy0z → xC + nH2O

Вывод: чернила проявляются из-за того, что при нагревании вещества, входящие в состав лука - витамины, (В-6, В-9, в – С минеральные вещества кальций, фосфор) разрушаются быстрее, чем загорается бумага, вызывая потемнение.

Общий вывод: В ходе опытов, мы получали термочувствительные чернила. При проявлении скрытого изображения чернила, полученные нами, из соды, молока и соков репчатого лука, яблока не оказывали химического воздействия на бумагу (кроме соды), а лишь окрашивали ее продуктами своего разложения в цвета от желтого до светло-коричневого.

При использовании термочувствительных чернил мы заметили, что интенсивность окраски проявленного изображения усиливается при увеличении концентрации действующего вещества в чернилах и температуры проявления, которая, однако, не должна превышать температуру разложения бумаги.

Самыми эффективными являются чернила из молока и лука.

Изготовление химических чернил

При изготовлении химических чернил:

Подготовили бумагу для нанесения симпатических чернил;
Приготовили растворы невидимых чернил и их проявителей;
Наносили с помощью кисточек растворы симпатических чернил на листы бумаги в виде надписей и просушивали их;
Оказывали проявляющее воздействие на надписи с помощью кисточки и губки.

Опыт 1. Взаимодействие медного купороса с гидроксидом аммония.

Взяли медный купорос (CuSO4*5H2O), намочили кисть, нанесли на бумагу надпись, дали ей просохнуть. Далее подержали лист над раствором нашатырного спирта. Надпись проявилась ярко голубым цветом, далее сине-фиолетовым.

Уравнения химической реакции:

CuSO4 + 2NH4OH = Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4 (если NH4OH в недостатке);

CuSO4 +4NH4OH = [Cu(NH3)4]SO4 +4H2O (если NH4OH в избытке).

Вывод: из-за образования аммиачной соли (тетрааминосульфата меди) надпись стала сине-фиолетового цвета. Мы обратили внимание, чем выше концентрация нашатырного спирта, тем надпись проявлялась быстрее и ярче.

Опыт 2. Взаимодействие аспирина с солями железа.

Растворили таблетку аспирина в воде. Затем кисточкой нанесли на бумагу, дали просохнуть в течение 10 минут. Для проявления чернил нанесли на бумагу водный раствор солей железа.

Уравнение химической реакции:

Вывод: в результате гидролиза аспирина в воде и взаимодействием продукта реакции с хлоридом железа(III) образуется сине-фиолетовое окрашивание.

Опыт 3. Реакция хлорида железа с гидроксидом натрия.

Взяли для опыта раствор хлорида железа (III). На листе бумаги сделали надпись раствором гидроксида натрия. Затем по следам надписи нанесли раствор соли трехвалентного железа.

Уравнение химической реакции:

FeCl3 +3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCI

Вывод: появление темно-коричневого цвета – это нерастворимый осадок гидроксида железа(III).

Опыт 4. Реакция хлорида железа с роданидом калия.

На листе бумаги сделали надпись раствором роданида аммония, затем по следам надписи нанесли раствор соли трехвалентного железа.

Уравнение химической реакции:

FeCl3 + 3 KCNS → Fe(CNS)3 + 3 KCl

Вывод: появление красного цвета – образование осадка роданида железа Fe(CNS)3.

Опыт 5. Реакция сульфата железа с красной кровяной солью.

На листе бумаги сделали надпись раствором красной кровяной соли, затем по следам надписи нанесли раствор соли двухвалентного железа.

Уравнение химической реакции:

2K3[Fe(CN)6] + 3FeSO4 → Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4

Вывод: появление синего цвета – образование гексацианоферрата железа Fe3[Fe(CN)6]2, также известная как турнбулева синь.

Опыт 6. Действие фенолфталеина на гидроксид натрия.

На листе бумаги сделали надпись раствором гидроксида натрия, затем по следам надписи нанесли раствор фенолфталеина. Наблюдали образование малинового цвета.

Уравнение химической реакции:

Вывод: индикатор фенолфталеин меняет свою бесцветную окраску в щелочной среде на малиновую.

Общий вывод: По результатам исследования при изготовлении химических чернил, мы обратили внимание, что наиболее эффективно проявляются надписи на основе реактивов гидроксида натрия, фенолфталеина. При изготовлении химических чернил мы использовали качественные химические реакции на катионы.

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 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.

В ходе исследовательской работы, выдвинутая мною гипотеза об эффективности проявления симпатических чернил различных составов, подтвердилась.

Лучше использовать для приготовления симпатических чернил молоко, сок лука и индикаторное воздействие. Для проявления тайнописи надо воспользоваться соответствующим реактивом и подобающей методикой.

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

Итак, мы добились той цели, которую ставили перед собой в начале исследования –получили в домашних условиях и условиях школьной лаборатории невидимые чернила и оценили эффективность их проявления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Буцкус П.Ф., Книга для чтения по неорганической химии - М.: Просвещение, 2015.
Гроссе Э. Вайсмантель Х., Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты, 2-е русское издание, - Л.: Химия, 1985. - Лейпциг, 1974, - 336 с.
Жуков П.Н., Чертков И.Н. Химический эксперимент, -М.: Дрофа, Москва 2009.
Красицкий В. А., Симпатические чернила. Invisible ink / В. А. Красицкий / Химия и Химики. - 2015 - №5.
Степин Б.Д. Аликберов Л.Ю., Занимательные задания и эффектные опыты по химии. - М.: Дрофа, 2006.
Яковишин Л.А Опыты по химии практическое руководство, 2009

Приложение

Историческая справка

Считается, что «тайные» чернила, не оставляющие следов на бумаге и проявляющиеся при нагревании или смачивании определенным раствором, впервые появились в XVII веке во Франции. 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, для проявления которых использовался раствор железомедной соли. Римский поэт Овидий предлагал использовать для написания текста молоко, проявляющееся после присыпания его порошком из сажи. Секрет тайнописи Плиния Старшего заключился в использовании сока растений. 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, видимо, содержащим йод. Есть сведения, что в 9 в. арабские священники писали симпатическими чернилами имя пророка Мухаммеда на камнях, и эти надписи становились видимыми от воздействия тепла прикоснувшейся к ним руки. В средневековой Европе секретные чернила нередко применялись мошенниками для демонстрации аналогичных "чудес". 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.

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. Члены тайной организации «Черный передел» тоже использовали в переписке невидимые чернила. Тайные письма были написаны разбавленным водным раствором медного купороса. Проявлялся написанный такими чернилами текст, если бумагу подержать над склянкой с нашатырным спиртом. Буквы окрашиваются в ярко-синий цвет из-за образования аммиачного комплекса меди.

Ленин использовал для тайнописи сок лимона или молоко. Для проявления письма в этих случаях достаточно подержать бумагу несколько минут над огнем.

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). В состав современных симпатических чернил могут входить - кровь, слюна, соки растений, мыльные растворы, кислоты, основания, соли, соль, сахар, крахмал. Это зависит только от фантазии и профессионализма химика. В 2006 году два исследователя из Мичиганского университета раскрыли секрет невидимых сообщений, используемый немецкими спецслужбами (Штази). Лист бумаги, пропитанный оксалатом церия, размещался между двумя чистыми листами белой бумаги. После на верхнем листе писалось сообщение, которое при этом переносилось на нижний лист. Для проявления сообщения необходимо было обработать «письмо» смесью сульфата магния, перекисью водорода и нескольких других веществ, после чего скрытое сообщение проявлялось в оранжевом цвете. Скандально известный греческий миллионер Аристотель Онассис несколько раз использовал при подписании контрактов ручку с симпатическими чернилами. В фильме «Гений» главный герой - персонаж Александра Абдулова - обманывает милицию, написав признание симпатическими чернилами. Сегодня американские биологи приспособили светящуюся кишечную палочку для шифровки и передачи информации - при помощи этих бактерий они закодировали сообщения, которые "скрываются" от взора до определенного времени и самоуничтожаются после прочтения. Дэвид Уолт из Университета Тафтса и его коллеги назвали свое изобретение "бактериальный спам".