Dokumentäkta bläck ur te

Kemisk bakgrund

"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.