Учебно–исследовательский проект: «Невидимые чернила»

Автор: Бондаренко Лилия Леонидовна

Организация: МОУ СОШ №5

Населенный пункт: Саратовская область, г.Ртищево

Введение

Обоснование темы

На первом уроке моя учительница принесла нам в класс письмо. Какое было удивление, что лист был пустой. Но после некоторых действий, на нем появилось поздравление с началом учебного года.

Я сразу же попала в волшебный мир и вспомнила карту, которой пользовались юные волшебники в известном кинофильме про Гарри Поттера: надписи на ней исчезали после слов «Шалость удалась!». Также припомнилось, как что-то взрывалось при неосторожном взмахе волшебной палочкой. И еще, мне на день рождения подарили необычную ручку. Она очень необычная и интересная, 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. И поэтому я решила стать чародеем, как Гарри Поттер.

У меня появилось огромное желание узнать о других видах невидимых чернил и способах их получения. А еще я узнала, что невидимые чернила еще называют симпатическими чернилами.

Актуальность работы в том, что мало кто сейчас помнит и знает о существовании симпатических чернил, которые люди использовали на протяжении веков для написания секретных писем.

Тема исследования: «Невидимые чернила»
Цель: узнать из чего, можно изготавливать невидимые чернила в домашних условиях.
Для этого я определила задачи:

1.Выяснить историю возникновения симпатических чернил.

2.Узнать о видах невидимых чернил и способах их получения.

3.Изготовить невидимые чернила в домашних условиях своими руками.

4.Познакомить с результатами исследований одноклассников.

Гипотеза : невидимые чернила существуют и их можно изготовить в домашних условиях своими руками..

Объект исследования: невидимые чернила.

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

Методы исследования:

• анализ научно-популярной литературы;
• поиск информации в Интернете;
• наблюдение;
• эксперимент;
• анкетирование;

1.Основная часть

1.1. Что такое невидимые чернила

В первую очередь я обратился к интернету и книгам, чтобы узнать, что такое невидимые 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.).

Используются для того, чтобы скрыть какую-то информацию от посторонних глаз.

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.

1.2. История использования невидимых чернил

История невидимых чернил уходит корнями в глубокую древность. В I 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 заключался 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 IX 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. 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. Хлорид кобальта можно успешно использовать для тайнописи: буквы, написанные его раствором, 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. 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.

Владимир Ильич 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".

Существует целая наука, занимающаяся невидимыми письмами. Эта наука называется стеганография.

1.3. Виды симпатических чернил

Прочитав детские энциклопедии и информацию в Интернете, я узнала, что в зависимости от характера взаимодействия веществ, все невидимые (симпатические) чернила можно условно разделить на такие виды:

химические;

фоточувствительные;

люминесцентные;

термочувствительные:

-дегидратирующие чернила

-окисляющие чернила

-нейтральные чернила

влагочувствительные:

-просвечивающие чернила

-клеящие чернила

Изучив литературу, я узнала в чем различие этих видов симпатических чернил.

Химические чернила

В состав химических чернил входят бесцветные или слабо окрашенные вещества, которые способны реагировать с другими веществами, образуя ярко окрашенные продукты. Раствор «чернил» наносится на бумагу и высушивается при комнатной температуре. Полученное скрытое изображение проявляется раствором другого вещества (проявитель) или его называют электролит, при помощи пульверизатора или ватного тампона. Иногда проявитель представляет собой газообразное вещество.

Так же мы узнали, что например, 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. В состав чернил входил гексацианоферрат калия, текст стал видимым после обработки бумаги солями железа.

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 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

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

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 120–180°С, 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. 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.

Окисляющие чернила.

В их состав входят вещества, способные при нагревании до 150–180°С окислять материал бумаги и восстанавливаться при этом с образованием окрашенных соединений. К таким чернилам относятся разбавленные (1–5%) водные растворы метаванадата аммония и парамолибдата аммония, реактив Толленса − раствор комплексного соединения. При нагревании метаванадат аммония восстанавливается бумагой с образованием смеси оксидов ванадия, окрашенной в цвета от коричневого до черного. Парамолибдат аммония образует при этом «молибденовую синь», а реактив Толленса − мелкодисперсное серебро чёрного цвета.

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 150–180°С разлагаются с образованием продуктов, окрашенных в цвета от желтого до светло-коричневого.

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:

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. К таким чернилам относится «раствор Видемана». Он готовится смешиванием льняного масла, 25%-ного раствора аммиака и воды в объемном соотношении 1:20:100. Жидкости смешиваются в указанной последовательности, смесь интенсивно перемешивается до получения гомогенной системы. В состав таких чернил вместо льняного масла могут входить и некоторые другие масла растительного происхождения.

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 (100°С) в течение 5 секунд, не допуская ее переувлажнения и образования на ней капелек воды. Затем, держа бумагу вертикально, посыпают ее очень мелким порошком какого-нибудь окрашенного вещества. 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.

Таким образом, мы узнали, что проще всего в домашних условиях изготовить и использовать термочувствительные чернила нейтральной группы. Это мы предполагаем выполнить в своём исследовании. Ведь сок, лук, лимон, яблоко – найдется в каждом доме.

1.4.Применение симпатических чернил в XXI веке

В настоящее время используются невидимые люминесцентные чернила для:

- шоу-техники, декораций, создание оригинального дизайна;

- ночных клубах;

- автостайлинга, тюнинга;

- косметики;

- наружной рекламы;

- текстильных и полиграфических изделий;

- эвакуационных, пожарных, дорожных 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).

2.Практическая часть

2.1 Анкетирование

Для того, чтобы выяснить знают ли ребята нашей школы о существовании невидимых чернил, мы провели анкетирование

.Вопросы для анкетирования:

1.Смотрели ли вы фильмы про шпионов, в которых использовались невидимые чернила?

2.Слышали ли вы о существовании невидимых чернил?

3. Знаете ли вы из чего можно изготовить невидимые чернила?

 

В анкетировании участвовали учащиеся 2 класса (26 человек), 4-Б класса (17 человек),

4- А класса (16 человек). Всего приняло участие 59 человек.

В результате проведенного анкетирования были получены такие результаты:

2 класс

№ п/п	Вопрос	Да	Нет
1	Смотрели ли вы фильмы про шпионов, в которых использовались невидимые чернила?	18	12
2	Слышали ли вы о существовании невидимых чернил?	12	18
3	Знаете ли вы из чего можно изготовить невидимые чернила?	3	27

 

4-Б класс

№ п/п	Вопрос	Да	Нет
1	Смотрели ли вы фильмы про шпионов, в которых использовались невидимые чернила?	17	0
2	Слышали ли вы о существовании невидимых чернил?	12	5
3	Знаете ли вы из чего можно изготовить невидимые чернила?	8	9

 

4-А класс

№ п/п	Вопрос	Да	Нет
1	Смотрели ли вы фильмы про шпионов, в которых использовались невидимые чернила?	16	0
2	Слышали ли вы о существовании невидимых чернил?	10	6
3	Знаете ли вы из чего можно изготовить невидимые чернила?	6	10

 

Полученные результаты показали, что несмотря на различный возраст испытуемых, многие не имеют представление о создании симпатических чернил.

2.2 Проведение опытов

Как сделать исчезающие чернила? Этот вопрос волновал не одно поколение людей, ведь секреты, которые необходимо скрыть, существовали всегда. Проанализировав литературу, я выяснила, что для приготовления невидимых и исчезающих чернил есть несколько доступных способов, которые легко можно применить дома.

Я решил попробовать. Вот несколько рецептов, с помощью которых каждый ребенок сможет приготовить исчезающие чернила:

Опыт № 1.

Приготовление невидимых чернил из лимона

Для этого нам понадобятся: Для проведения опыта нам понадобятся: лимон, птичье перо, чашка воды. половинка лимона, стаканчик, кисточка, белый лист бумаги. Выдавила сок из лимона в стакан, добавили такое же количество воды. Обмакнула кисточку в раствор лимонного сока и воды и сделала надпись на бумаге. После того, как надпись сделана, ей надо дать высохнуть. Чтобы проявить надпись, я нагрела листок бумаги огнем свечи, а другие записи прогладила горячим утюгом.

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 свечой, и при проглаживании утюгом.

Опыт № 2.

Приготовление невидимых чернил из яблочного сока

Для опыта нам понадобится то же самое, что и для предыдущего.

Возьмем осветленный яблочный сок. Нанесем сок с помощью кисти на бумагу, подождем высыхания. Я проявила тем же способом – нагреванием.

Выводы: При высыхании сок немного заметен на бумаге. Сок темнеет при воздействии тепла, и чернила становятся видимыми, приобретают коричневый оттенок. Яркая и четкая надпись и при нагревании свечой, и при проглаживании утюгом. А еще надпись имеет очень приятный запах.

Опыт № 3.

Приготовление невидимых чернил из молока

Я налилиа в стаканчик молоко. Обмакнула кисточку в молоко и написала ей на листке белой бумаги. Дала молоку высохнуть. От букв не осталось ни следа, ни запаха. Затем нагрела бумагу над свечой, и на ней проступило написанное, так как молоко при нагревании изменило цвет. Выводы: Молоко действительно изменило цвет, но цвет надписи оказались не однородным, буквы проявлялись слабо, также как и в эксперименте с лимонной кислотой.

Я сделала вывод, что свечой пользоваться не очень удобно и безопасно потому, что постоянно боишься, что листок может загореться, гораздо удобнее пользоваться утюгом. Эксперимент позволил доказать, что надпись проявляется от воздействия любого тепла.

2.3 Тестирование невидимые чернила

 

Вид чернил	Способ проявления	Цвет	Запах	Результат
Чернила из лимона	Тепло	Жёлто-коричневый	Приятно пахнет	Имеют запах, долго сохнут
Чернила из молока	Тепло	Светло-коричневый	Не остаётся	Не остаётся ни следа, ни запаха
Чернила из сока яблока	Тепло	Светло-коричневый	Приятно пахнет	Имеют запах, долго сохнут

Таким образом, я доказала, что в домашних условиях можно получить теплочувствительные невидимые чернила из легкодоступных в домашнем обиходе веществ. Проявлять невидимые записи в домашних условиях можно с помощью, свечи, лампы, но наиболее удобный и безопасный способ - это с помощью утюга. Самыми лучшими самодельными невидимыми чернилами можно считать чернила из соды. Они легко готовятся, долго храниться, не имеют запаха, высыхают быстрее других чернил, незаметны на бумаге и проявляются ярче.

3. Выводы:

В результате исследования я пришла к следующим выводам:

1.Получить невидимые чернила в домашних условиях можно из легкодоступных в домашнем обиходе веществ. Причем, с этим справится даже ребенок, поскольку мне 10 лет, и я легко с этим справилась. 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.

2.Проявлять невидимые записи в домашних условиях можно с помощью, свечи, лампы, утюга, но наиболее удобный и безопасный способ - это с помощью утюга. В ходе своего эксперимента я установила, что самыми подходящими самодельными невидимыми чернилами можно считать – чернила из соды. Они легко готовятся, долго храниться, 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, которые я получила и исследовала. Таким образом, невидимые чернила из соды - самые лучшие в моем эксперименте.

3.В ходе своей исследовательской работы я убедилась, что эксперимент – это очень увлекательное и интересное занятие.
В ходе своего эксперимента я почувствовала себя не только настоящим исследователем, но и настоящим разведчиком на секретном задании.

Результатами своего исследования я поделилась с одноклассниками и очень надеюсь, что это их вдохновит на собственные эксперименты.

Итак, я добились той цели, которую ставила перед собой в начале исследования – узнала, из чего изготавливают невидимые чернила, какие они бывают, какие рецепты симпатических чернил известны, и как в домашних условиях создать «волшебные» симпатические чернила из легкодоступных в домашнем обиходе веществ.

Таким образом, я полностью подтвердила выдвинутую в начале исследования гипотезу о том, что изготовить невидимые чернила можно в домашних условиях и справиться с этим может даже ребенок.

На основании проведенных наблюдений я сделала вывод, что для чернил, изготовленных из разных веществ нужны разные способы их проявления. В процессе проведения эксперимента я обращалась к различным источникам информации: книгам, пособиям, но в основном к Интернету. В данной работе невозможно описать все способы приготовления симпатических чернил. Мне удалось провести эксперименты только с веществами, которые легко можно найти в доме. Еще я много нашла рецептов, для использования которых необходимы химические препараты, которых у меня дома не было. Но я точно знаю, что продолжу опыты по созданию новых видов симпатических чернил.

В ходе работы я убедилась, что эксперимент – это очень интересно и увлекательно.

Выполняя проект, я считаю, что добилась той цели, которую ставила перед собой в начале исследования – узнала, из чего изготавливают невидимые чернила, какие они бывают, какие рецепты симпатических чернил известны, а так же в домашних условиях создала симпатические чернила из легкодоступных в веществ.

Гипотеза о том, что изготовить невидимые чернила можно самому в домашних условиях и справиться с этим может даже ребенок, подтверждена

Данная работа заинтересовала меня, и я продолжу изучение этой темы, а полученными сведениями поделюсь с одноклассниками и друзьями.

 

 

4. Список использованных источников

 

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

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

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

4. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Книга по химии для домашнего чтения. – М. : Химия, 1994.

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

6. www.alhimik.ruи

7. http://dryk.info

8. www.kristallikov.net

9. http://www.patlah.ru

10. http://ru.wikipedia.org

11. http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=93405

http://akak.ru/recipes/8179-kak-sdelat-nevidimyie-chernila

 

Дополнительный видеоматериал см. https://cloud.mail.ru/public/J1zB/SgxNF4yHP

1. file0.doc.. 1,1 МБ

Опубликовано: 28.02.2023