Hvordan usynlig blekk fungerer og hvordan du skriver usynlige meldinger: enkle kjemiske eksperimenter

Et blankt ark, et stearinlys og en hemmelig melding blir avslørt. Det er nesten magi, Johnny!! Nei, det er vitenskap! De usynlig blekkogså kalt «sympatiske blekk», er vanligvis gjennomsiktige eller nesten fargeløse stoffer som de blir synlige først etter en spesifikk behandling: varme, en reaksjon med et annet stoff, eller eksponering for UV-lys. Den vitenskapelige hemmeligheten ligger i strukturen til molekylene som er tilstede i blekket: når de utsettes for en av disse behandlingene, modifiserer de sin elektroniske struktur eller forvandles til forskjellige kjemiske former som er i stand til å absorbere lys i det synlige området. Ved å absorbere noen bølgelengder reflekterer de andre, gjør leselig meldingen opprinnelig skjult. Mange av disse molekylene har også blitt brukt til spionasje, men de er ofte farlige å håndtere. Heldigvis, hjemme kan vi oppnå fantastiske resultater med sitronsaftgurkemeie eller druejuice, eller, for de mer kunstneriske, voksstifter og akvareller. De er ikke eksperimenter studert i detalj av forskning, men vi kan forklare dem uttømmende med grunnleggende begreper innen kjemi og fysikk.

Usynlig blekk med sitronsaft: det kjemiske eksperimentet å gjøre hjemme

En av de enkleste metodene er sitronsaft. Du trenger et ark papir, litt sitronsaft, en børste eller bomullspinne og en varmekilde (et stearinlys, et strykejern eller en lighter). La oss fortsette!

1. Dypp børsten eller bomullspinnen i sitronsaft.
2. Skriv din hemmelige melding på papiret og vent til det tørker.
3. Når det er tørket, før arket over et stearinlys (vær forsiktig, ikke for nært, ellers kan du skade deg selv eller brenne hele arket), eller hold strykejernet på lakenet i noen sekunder. OBS: hvis du er et barn, spør en voksen om å hjelpe deg!
4. Etter noen sekunder vises bokstavene i meldingen etter hverandre, med en brunaktig, lett brent farge.

Hva skjedde? Som vi forventet, er det ikke et fenomen som er studert i detalj, men de foreslåtte forklaringene avhenger av sitronsaftens kjemi. Den mest delte mekanismen er at når vi varmer opp arket, vil de organiske forbindelsene som finnes i sitronsaft, spesielt organiske syrer som f.eks.sitronsyrede brytes ned og ja obsidian i kontakt med miljømessig oksygen, noe som fører til dannelse av brunaktige forbindelser hvor saften er tilstede, noe som gjør budskapet synlig. I store trekk gjelder dette mange sure forbindelsersamt løk, appelsinjuice eller eddik.

Termiske nedbrytningsreaksjoner av sukkerarter, som ligner på, kan også bidra karamellisering. Det er ikke dermed sagt at begge reaksjonene ikke spiller inn.

Gurkemeie, druejuice og den skiftende pH

For dette andre eksperimentet trenger vi dem natronfoss, gurkemeie (eller druejuice), alkohol og den vanlige børsten eller bomullspinnen.

1. Bland vann og natron (Catalan Institute of Chemical Research anbefaler 60 g natron i 60 ml vann).
2. Bruk denne løsningen til å skrive din hemmelige melding og la den tørke (du kan finne litt natronpulver, bare tørk det av).
3. I et annet glass løser du opp gurkemeien i litt alkohol eller aceton (curcumin, med dens lipofile løser seg dårlig i vann). Har du valgt druejuice kan du bruke den direkte som den er.
4. Nå, med en pensel, legg denne gurkemeieløsningen, eller druejuicen, på arket der du skrev meldingen.
5. Du vil se at gurkemeien vil farge arket gult, men på de stedene du har skrevet vil det bli en fin en mursteinsrød! Druesaften vil derimot farge arket rødlilla, og budskapet om intens blått.

Fra et kjemisk synspunkt er vi vitne til en endring i farge basert på pH. Faktisk har både curcumin i gurkemeie og antocyaninene som finnes i druejuice pH-sensitive strukturer som absorberer i ulike synlige områder avhengig av om pH er sur eller basisk.

Curcumin består av to aromatiske «metoksyfenoliske» grupper forbundet med en slags sentral bro kalt α,β-umettet diketongruppe, som er grunnleggende for fargeendringen. Ved sur pH er strukturen stabil og har en farge gul. I et grunnleggende miljø «striper» bikarbonat et hydrogen fra det sentrale karbonet i denne broen, og etterlater to elektroner «suspendert» på karbonet. Ikke noe problem, elektronene beveger seg og omfordeler seg langs strukturen til curcumin (i teknisk sjargong kalles dette elektronisk flytting), som gir opphav til en form for curcumin som absorberer lys annerledes og vises rød-oransje. Generelt er denne typen intern omorganisering av molekylet stort sett reversible og når pH senkes og blir sur igjen, blir molekylet gult igjen.

Selv antocyaniner de oppfører seg på samme måte: i et grunnleggende miljø mister de et proton og elektronene omorganiserer seg i molekylet. Dette endrer måten de absorberer lys og dermed fargen vi ser. Du kan også observere denne mekanismen med rødkålla koke og bruke vann, karkadè eller andre røde frukter, fordi de alle er rike på antocyaniner.

En sidenotat: kanskje du glemte papiret en stund etter at du fargelagt og avslørte antocyaninmeldingen din, og fargen ble uniform blå overalt. Problemet er at antocyaniner også brytes ned og endrer farge når de utsettes for oksygen i omgivelsene, men langsommere.

Siste eksperiment: voksstifter og akvareller

Dette er enda enklere enn de forrige og kan underholde selv de minste barna. Det krever ingen varme, ingen alkohol eller blanding av ingredienser, bare voksstifter og akvareller. Bare tegn eller skriv en melding på det hvite arket med en voksstift, også hvit. Og så kan du gi utløp til fantasien din ved å bruke akvareller til å fargelegge hele arket.

I dette tilfellet oppstår ingen signifikant kjemisk reaksjon, bare «antipatien» mellom vann og fett. Voks er det virkelig hydrofobiskdet vil si at han hater vann, og der det er en tegning laget med voksstift, vannet av akvareller ganske enkelt det vil gli unna: de ufargede delene avslører ditt hemmelige budskap!