Dokumentäkta bläck ur te

Tillhör kategori: spektrum, ljus och färg

Författare: Karin Eriksson, Ulla Larsson

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Dokumentäkta bläck ur te

Frätande Irriterande Använd skyddsglasögon 

Tid för förberedelse: 20 minuter

Tid för genomförande: 40 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

På ett enkelt sätt får Du framställa "dokumentäkta bläck" med hjälp av sådant man brukar ha hemma. Te, stålull och ättika är huvudingredienser.

Riktlinjer

Experimentet utförs som elevförsök. Grupper om två till tre elever är lämpligt.

Säkerhet

Iakttag normal försiktighet vid hanteringen av syrorna (förkläde).

Resterna efter försöket kan spolas bort i vasken.

Materiel


Förarbete

Plocka fram materiel och kemikalier. Skyddsförkläden bör finnas. I stället för tratt och filtrerpapper kan man använda kaffefilter. Brännare, trefot och nät kan ersätta kokplatta. Ordna för säker "utdelning" av svavelsyran.

Utförande

  1. Några skedar te kokas i 100 cm3 vatten någon minut. Blandningen får sedan svalna. Filtrera om det behövs.
  2. Lägg en tuss stålull i c:a 25 cm3 ättiksprit i en bägare. Värm försiktigt. Gasutveckling visar att järnet löses upp. Låt reaktionen pågå en stund.
  3. Häll järnlösning i ett provrör till 2 cm höjd. Två droppar konc. svavelsyra (H2SO4) tillsättes, samt 2 cm av det starka teet. Skaka om blandningen noga.
  4. För att få rätt konsistens på bläcket, måste man tillsätta lite gelatin och värma. Då rinner det inte ut hur som helst.
  5. Skriv/rita med "bläcket" på vanligt skrivpapper. Läska eventuellt skriften.
  6. Observera om färgen ändras med tiden (ljusare, mörkare eller annan färg).

Variation eller parallellförsök

  1. Beredning av te (samma som ovan).
  2. Tag te i ett provrör till 2 cm höjd.Tillsätt några droppar av järn(III)-lösningen. Skaka om blandningen.
  3. Tillsätt lite gelatin och värm för att får rätt konsistens på bläcket.
  4. Rita/skriv på ett papper.
  5. Observera bläckets färg. Jämför med bläcket i första försöket.

Förklaring

Modernt så kallat dokumentbläck, som används i reservoarpennor, utgörs av en lösning av huvudsakligen ett tvåvärt järnsalt och gallussyra. Lösningen är endast svagt färgad, men efter utskriften sker oxidation och bildning av en blåsvart fällning, som är mycket hållbar. För att redan från början färga bläcket tillsätter man ett blått färgämne. Används järn(III)-joner bildas fällning direkt.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

"Osynligt" bläck ger skrift som blir synlig först vid särskild efterbehandling. Det består av ofärgade metallsaltlösningar, som färgas vid upphettning eller överpensling med annan kemikalie eller blir synlig vid belysning med ultraviolett ljus.
Exempel: Man kan skriva med kaliumferricyanid (K3Fe(CN)6), och framkalla skriften med koppar(II)sulfat (CuSO4.5H2O), kobolt(II)klorid (CoCl2.6H2O) eller järn(III)klorid (FeCl3.6H2O).

Bläck i kulspetspennor utgörs av en pasta, där syntetiska färgämnen är lösta i ett trögflytande och svårflyktigt lösningsmedel (glykoler etc). När kulspetspennan uppfanns i slutet av 1930-talet blev det problem med bläcket. I början var bläcket alltför ljuskänsligt, och skriften försvann efter en tid. Detta problem har tillverkarna idag kommit till rätta med. Dokumentäkta kulpennebläck finns i Sverige i färgerna blått, grönt och svart.

Gallussyra Gallussyra (mest känd under namnet garvsyra) finns i te, ekbark och galläpple. Insektstrasiga aspblad innehåller också garvsyra. Se strukturformeln i figuren!

När surgjord järn(II)-saltlösning hälls i en lösning av garvsyra blir vätskan mörkfärgad, men det bildas ingen fällning. Vätejonerna förhindrar järnjonernas oxidation från järn(II)-jon till järn(III)-jon. När man har skrivit med bläcket, läskat och torkat syns skriften dåligt eller inte alls. Efter ett tag framträder den svarta färgen. Färgen blir ännu tydligare efter någon dag. Syran har neutraliserats av basiska ämnen i papperet och järn(II)-jonerna har oxiderats av luftsyret. Man har fått en blåsvart fällning av garvsyrans järn(III)-salt, alltså det svårlösliga saltet järn(III)-gallat i fast form.

Om man använder stålull och ättika för att få järnjoner sker reaktionen
Fe(s) + 2 H+ → Fe2+ + H2(g)

Några droppar konc. svavelsyra förhindrar fortsatt oxidation av järn(II)-jonerna (första exp).

Järn(II)-jonerna kan oxideras till järn(III)-joner med hjälp av väteperoxid.
Fe2+ + H2O2 + 2H+ → Fe3+ + 2 H2O

När denna lösning blandas med garvsyra bildas fällning direkt. Samma sak gäller förstås om man till garvsyra sätter lösning av ett trevärt järnsalt, som i det andra experimentet.

Historik

Stilprov Bläck användes i Kina och Egypten så tidigt som ca 2500 f Kr. Man använde sot dispergerat (uppslammat) i vegetabilisk olja eller någon form av animaliskt lim. "Gallus-bläck" har använts i Europa alltsedan medeltiden och kanske ännu längre tillbaka. På medeltiden tillverkades bläcket av järn(II)sulfat (FeSO4·7 H2O) (gammalt namn "järnvitriol") blandat med galläppelsyra, löst i ättika, vin eller öl och med tillsats av gummi. Gallusbläcket är beständigt i hundratals år.

Fördjupning

Redoxreaktion

Redoxreaktioner kan delas upp i delreaktionerna oxidation och reduktion.

Oxidation

Med oxidation menar man reaktioner där elektroner avges. Vid en oxidationsreaktion avges energi i de flesta fallen. Flera metaller kan reagera vid rumstemperatur med luftens syre till oxider. Exempel på detta är järn som oxideras av luftens syre och bildar då rost. Oxidationssteget är
Fe → Fe2+ + 2 e

Reduktion

Motsatsen till oxidation är reduktion. Reduktion innebär att elektroner tas upp. Exempel på en reduktion är när syreatomerna tar upp de elektroner som järnet avger när det rostar. Syreatomerna bildar negativa joner. Man säger då att syret har reducerats

O + 2e → O2–

Reduktion och oxidation sker samtidigt

Elektroner kan inte förkomma fria, de kan bara överföras från ett ämne till ett annat. När en reduktion sker, sker samtidigt en oxidation eftersom lika stort antal elektroner avges och tas upp. Vi kallar detta redoxreaktion. I exemplet med oxidation av järn och reduktion av syre balanseras de två delreaktionerna så att lika måna elektroner tas emot som de som avges och man får totalreaktionen

Fe + O → Fe2+ + O2–

Om vi tar hänsyn till att syrgas förekommer som molekyler och att järnjonerna och syrejonerna bildar föreningen FeO och dessutom anger aggregationsformen, så kan vi snygga till reaktionsformeln för totalreaktionen till

2 Fe(s) + O2(g) → 2 FeO(s)

Redoxreaktion vid kontakt mellan ämnena

Kontakt mellan reaktanterna

I en vanlig redoxreaktion sker elektronövergången i kontakt mellan ämnena som reagerar. Elektronen hoppar över direkt från molekylen (eller atomen) som oxideras till molekylen (eller atomen) som reduceras. Elektronhoppet kan bara ske över mycket korta avstånd och sker därför i samband med att partiklarna kolliderar. Därför sker oxidationen och reduktionen på samma plats.

Elektroner förekommer inte fria i ämnen

Anledningen till att elektronöverföringen sker i direktkontakt mellan ämnena är att elektroner inte kan förekomma fria i ett material eller en lösning. De binder alltid till de atomer eller molekyler som finns i närheten. I icke-metalliska material är elektronens position vanligen fixerad till en bestämd molekyl eller atom.

Däremot är elektronerna fritt rörliga i metalliska material. De kan dock inte lämna metallen, bara röra sig inom metallen. När elektronerna rör sig förbi atomerna i metallgittret handlar det inte om elektronöverföring. I stället har metallen ett enda stort elektronmoln av ledningselektroner som är gemensamma för hela metallkristallen.

Det finns också halvledande material som med viss ledningsförmåga, men där elektronerna i huvudsak är fixerade i vissa positioner.

Litteratur

  1. Iron gall ink, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Iron_gall_ink (2016-10-26)
  2. Invisible ink, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Invisible_ink (2016-10-26)
  3. "Bläck" i Nationalencyklopedin, 1990, Bra Böcker, Höganäs.
  4. "Bläck" i Bra Böckers Lexikon, 1991, Bra Böcker, Höganäs.
  5. "Kemiska småförsök" i Kemisk tidskrift, nr 10, 1980.
  6. Paul Frigyes, Svensk skönskrift, sid 24, 1993, T. Fischer & Co, Stockholm.
  7. How to make ink, The Iron Gall Ink Corrosion Website
    http://www.knaw.nl/ecpa/ink/make_ink.html (2007-09-25)
  8. Iron Gall Ink, Lois Fruen
    http://www.realscience.breckschool.org/upper/fruen/files/Enrichmentarticles/files/IronGallInk/IronGallInk.html (2002-11-30)
  9. Questions about ink, Penoply
    http://www.rickconner.net/penoply/ink.html (2007-09-25)
  10. Recipes for old writing and drawing inks, Evan Lindquist, Arkansas State University
    http://www.clt.astate.edu/elind/oldinkrecipes.htm (2002-11-30)

Fler experiment


spektrum, ljus och färg
Blå himmel och röd solnedgång
Cyanotypi - den gammeldags blåkopian
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framkalla fotopapper
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gör din egen limfärg
Klorofyllets röda fluorescens
Osynligt bläck
Pelargonens färg
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Se genom papper
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka fotopapper
Varför färgas textiler olika?
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten