איך להכין דיו בלתי נראית להודעות חשאיות ואיך לחשוף את המסר הסודי?

בניסוי הזה נשתמש באמצעים ביתיים להכנת דיו סתרים, באמצעותה נכתוב הודעה סודית בכתב סתרים בלתי נראה על נייר, וגם נלמד איך לחשוף את הכתוב.
הניסוי מחייב השגחה של מבוגר!

ציוד

  • כוס
  • מכחול דק או מקלון צמר-גפן
  • חלב או מיץ לימון (אפשר להשתמש גם בחומץ, מיץ תפוחים, מיץ מבצל, תמיסה של מים עם סוכר, דבש מהול במים, תמיסת סבון, ואפילו רוק או שתן)
  • דף נייר
  • טוסטר

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

לא חייבים רק טוסטר 'משולשים' כדי לחשוף את הכתוב, אבל טוסטר הוא אמצעי הפיתוח הבטיחותי והמומלץ ביותר.

הסבר

מדיו סתרים יש שתי דרישות: הראשונה היא שהדיו תהייה בלתי נראית, והשנייה היא שאפשר יהיה להפוך את הדיו לנראית ולקרוא את ההודעה הכתובה בה. כל סוגי הדיו האפשריים שהזכרתי ברשימת הציוד הם או לבנים / לבנבנים (כמו חלב או מיץ מבצל) או שקופים יחסית (רוק, מיץ לימון, מיץ תפוחים). לכן כאשר כותבים בהם על נייר לבן, בייחוד כאשר מדובר בשכבה דקה מאוד של הדיו, אי אפשר לראות את הכתוב. עלי לציין שלעתים אפשר לראות שינוי קטן ב'מרקם' של הנייר: במקומות שעליהם נכתבה ההודעה, הנייר מתקמט קצת. לכן אם רוצים שההודעה תהייה ממש בלתי נראית, אפשר לקמט את כל הנייר אחרי שהדיו מתייבשת, וכך הקימוטים שנוצרו מהדיו יוסוו בין שאר הקימוטים, וההודעה תהייה בלתי נראית לגמרי - זו הסיבה שההודעה שמוצגת בתחילת הסרטון ומפותחת בסופו כתובה על נייר מקומט...

ה'פיתוח' של הדיו שבניסוי, כלומר הפיכת הדיו הבלתי נראית לנראית, נעשה באמצעות חימום. למעשה יש שתי דרכים קצת שונות שבהן החימום הופך את הדיו לנראית. הראשונה היא שכל חומרי דיו הסתרים שהזכרנו מכילים תרכובות אורגניות רבות - כלומר חומרים שמקורים ביצורים חיים. תרכובות אורגניות אינן עמידות בחום, וכשהן מתחממות הן מתחילות לעבור תהליך שנקרא פירוליזה (פירו - אש, אבל בפועל מה שמניע את התהליך הוא החום, ליזה - פירוק) - פירוק באמצעות חום. אם תהליכי הפירוליזה מתרחשים בסביבה שאין בה מספיק חמצן, אז במקום שהחומרים יישרפו הם יעברו תהליכי פירוק שיובילו בסופו של דבר לפחמון (הפיכה לפחם, משום שכל התרכובות האורגניות הן למעשה תרכובות של פחמן), תהליך כזה עובר למשל על עץ שנמצא בתוך מדורה. כשכותבים על הנייר בדיו הסתרים, התרכובות האורגניות נספגות בדף ונשארות בין סיבי הנייר. כשמחממים את הנייר המולקולות האורגניות שנלכדו בין הסיבים מתחילות לעבור את תהליך הפירוליזה - מתפרקות, מתפחמות (לפחות חלקית) ומשנות את צבען. גם הנייר עצמו הוא חומר אורגני, וגם הוא מתפרק בחום, אולם טמפרטורת הפירוק של הנייר גבוהה יותר מזו של החומרים האורגניים שנמצאים בדיו הסתרים, ולכן הדיו הופכת משקופה לחומה לפני שהנייר עצמו מתחיל להשחיר.

הדרך השנייה לפיתוח הדיו גם קשורה לפירוליזה, אבל לא של הדיו אלא לתגובה כימית שמתרחשת בין הדיו לנייר: החומר העיקרי שממנו מורכב נייר הוא תאית (צלולוזה). התאית היא פולימר, כלומר חומר שמורכבת משרשרת ארוכה של מולקולות קטנות יותר שמחוברות יחד. התאית היא פולימר של הסוכר גלוקוז (או גלוקוזה).

מולקולות גלוקוז בפולימר. מוצג חיבור של שתי מולקולות - בפועל אלה שרשראות של אלפים | מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל
מולקולות גלוקוז בפולימר תאית. מוצג חיבור של שתי מולקולות - בפועל אלה שרשראות של אלפים | מקור: ויקיפדיה, נחלת הכלל

חומצות כמו זו שנמצאת במיץ הלימון או בחומץ, במיוחד כשהן עוברות חימום עז, מסוגלות לפרק את השרשראות הפולימריות הארוכות ולהפוך אותן לשרשראות קצרות יותר, ואפילו למולקולות הבודדות שמרכיבות אותו, כלומר לגלוקוז. הסוכר גלוקוז עמיד בחום הרבה פחות מהתאית ומתפרק לפניה: מי שניסה להכין קרמל, למשל - יודע שכאשר מחממים סוכר, ממש מיד אחרי שהוא ניתך (הופך לנוזל) הוא מתחיל להתפרק ולשנות את צבעו לחום. כך במקומות שבהם הדיו החומצית נספגת בדף, הדף הרבה יותר רגיש לפירוק בחום ולשינוי צבע, כי הוא עבר שינוי כימי, ולכן כאשר מחממים את הנייר האיזורים שבהם פגעה הדיו החומצית יהפכו לחומים, בעוד האיזורים של הנייר ה'רגיל' שהחומצה לא נגעה בו יהיו עמידים יותר ויישארו לבנים.

14 תגובות

  • מלכה

    שלום וברכה,

    שלום וברכה,
    האם יש סירטון שיוכל להמחיש זאת לתלמידים. תודה רבה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    עלה

    מלכה - העליתי עכשיו הניסוי עם סרטון מלווה במקום תמונת סטילס.
    אבי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    צולם ויעלה

    היי מלכה
    צילמתי סרטון והוא יעלה ממש בקרוב (עוד שבועיים שלושה) לאתר במקום הפרוצדורה עם תמונות הסטילס הנוכחית. גם שיפרתי את המהלך - שימוש בטוסטר בייתי במקום מגהץ. עובד טוב יותר ובטיחותי יותר.

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • ראובן

    מפרט טכני של UV

    שלום לכם
    אני מחפש את התיאור הטכני של
    1. מבנה חומר הכתיבה המבוסס על דיו אולטרה סגול
    2. מבנה טכני של מנורת אולטרא סגול
    תודה מראש

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    גוגל

    היי ראובן
    אם אתה מחפש משהו לעומק, תמיד כדאי לחפש בגוגל, באנגלית...
    1. https://en.wikipedia.org/wiki/UV_marker
    2. https://en.wikipedia.org/wiki/Blacklight

    וראה הרפרנסים שם.
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אורלי

    שאלות בנוגע לניסויים

    אהלן,
    ראשית תודה על כל הסרטונים והרעיונות לניסויים באתר, מאוד עוזר לי בתור מורה למדעים בביה"ס יסודי.
    שנית, יש לי מספר שאלות בנוגע לניסויים שכשלו, אשמח לדעת מה היו הטעויות שלי.
    1 - ניסוי כתב סתרים: ערכתי את הניסוי בכיתה, עם חומץ 5%, התלמידים התלהבו אבל ברגע שבו היינו צריכים לחשוף את הכתב באמצעות מגהץ שהבאתי מהבית - זה כלל לא חשף ולא הראה דבר. המגהץ היה במקסימום מעלות, בחלק מדפים חיכינו שחומץ יתייבש, ובחלק כמעט יבש - בשניהם לא נראתה תוצאה וזה היה מאכזב מאוד..מה יכלה להיות הטעות שלי?
    2- הפרדת מלח ופלפל באמצעות חשמל סטטי (שפשוף בלון): חילקתי לתלמידים צלחות חד"פ של תערובת פלפל ומלח, ובלונים, אך כאשר שיפשפו את הבלון החשמל הסטטי שנוצר משך גם את הפלפל וגם את המלח. ולא ניתן היה לבצע את ההפרדה כמעט כלל. מדוע כאשר משפשפים את הבלון לעתים החשמל מושך ולעתים דוחה? (האם זה תלוי בנפח הבלון/באיכות שלו?) בנוסף, ערכתי את הניסוי הבא - https://www.youtube.com/watch?v=R-rF1ygeGww&t=47s ואשמח לקבל הסבר על מה יכול לגרום לניסוי זה לקרות במציאות כמו בסרטון, כי גם הוא לא כ"כ הצליח לי.
    סליחה על האורך ותודה על ההתייחסות,
    אורלי

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובות

    היי אורלי,
    אני שמח שהסרטונים והניסויים עוזרים לך. (אבל עצוב שכמה לא הצליחו – מקווה שהבהרת לתלמידים שבמדע הרבה פעמים, אם לא לומר רוב הפעמים –זה ככה).
    תשובות לשאלות:
    1. דבר ראשון, מניסיוני, חלב ומיץ לימון עובדים טוב יותר מחומץ. דבר שני - חייבים להמתין עד שהחומץ (או כל דיו סתרים) מתייבש לחלוטין. אולי את יכולה להביא פן / מייבש שיער כדי להאיץ את הייבוש. דבר שלישי – שימי לב למה שכתבתי במודגש בכתבה בסעיף 4: מומלץ להניח את הנייר על המגהץ הפוך (בזהירות) ולא לגהץ אותו. בגיהוץ הרבה פעמים המשטח עליו נמצא הנייר 'גונב' את כל החום והנייר לא הופך לחום, והכתב לא מתגלה. אם גם זה לא יעבוד, תעברי לנר, זה פחות בטיחותי, אבל תמיד עובד, פשוט צריך חום רב מאוד, חום שמסוגל להפוך נייר לחום.
    2. הפרדת מלח ופלפל – חשוב לא להצמיד את הבלון לתערובת, כי אז גם המלח וגם הפילפל ימשכו לבלון, יש בניסוי 'משחק' בין כוח הגרביטציה, שפועל 'יותר' על גרגירי המלח הכבדים לבין כוח המשיכה החשמלי שמושך גם את המלח וגם את הפילפל למעלה. אם מקרבים לאט את הבלון מגיעים למרחק כזה שבו רק (או כמעט רק) הפלפל נמשך, כי כוח המשיכה החשמלי מצליח להתגבר על כוח הכובד החלש שמושך את גרגר הפילפל למטה. אם מקרבים ממש, מגבירים את כוח המשיכה החשמלי, ואז גם המלח ידבק לבלון. אפשר גם להשתמש במלח גס כדי להקשות עוד יותר על המלח לעלות למעלה.
    חשמל סטטי – וחשמל בכלל, יפעיל כוח דחייה אם נמצאים שני גופים הטעונים באותו מטען חשמלי, בניסוי בקישור ששלחת טועים גם את הבלון וגם את השקית באותו המטען, ולכן הם דוחים זה את זה (מינוס דוחה מינוס). זה אפשרי גם בניסוי המלח והפלפל – ראשית גרגיר נמשך לבלון, ולעיתים חלק מהמטען של הבלון עובר לגרגיר, ואז גם הבלון וגם הגרגיר טעונים באותו מטען, והגרגיר 'עף' חזרה מהבלון.
    המפתח להצלחה של כול ניסויי החשמל הסטטי זה יובש האוויר – ביום של שרב הניסויים יצליחו לך יופי, בימים רגילים – חובה לייבש את האוויר קודם: להפעיל את המזגן על העוצמה המקסימלית לפחות שעה לפני תחילת הניסוי (ולפני שיש הרבה אנשים בחדר, אנשים שפולטים לחות, שפורקת את החשמל הסטטי).
    בהצלחה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אורלי

    המון המון תודה!

    המון המון תודה!
    מעריכה את זה המאוד!

  • רג'א

    שאלה על הנסוי

    שלום
    אם אני רוצה להתחיל בנסוי הזה ואני לא יודיע כלום בכימיה אז אני צריך שאלת התחלה ... או השערה .. איזו השערה אני יכול להגדיר על הנסוי .. ומה הוא משתנה הבלתי תלוי ומשתנה תלוי .
    תודה

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    משתנה לניסוי כמותי

    שלום רג'א. בניגוד לאיך שמלמדים בבית הספר, לא בכל ניסוי יש 'משתנה תלוי ומשתנה בלתי תלוי' - ובכלל משתנה זה למשהו מדיד, וכאן בניסוי לא מודדים שום דבר. בנוסף לכך - הרבה ניסויים הם אקספלורטורים - לחפש תופעות, ולכן אפילו לא חייבים להיות בעלי השערה.
    בניסוי זה אם אתה רוצה 'לאלץ' השערה -אתה יכול לכתוב משהו מאולץ כמו: "לימון / חלב על נייר משנים את הצבע שלהם כאשר מחוממים" אבל זה כמובן מאוד מאולץ.

  • הלה הראל

    בהמשך לניסוי

    בני לומד בכיתה א' וקיבלנו פירוט של ניסוי שהומלץ לנו לערוך בבית.
    מדובר בברכות שנכתבות בחלב, שנעלמות כשהוא מתייבש ומופיעות כאשר עוברים בעפרון על הכתוב.
    אח"כ קיבלנו תיקון שהניסוי לא עובד מאחר והעיפרון מכיל גרפיט ולשם עריכת ניסוי מוצלח יש להשתמש בעופרת או פחם.
    עד כמה שידוע לי לא ניתן למצוא סתם כך עופרת בכדי לעבור בעזרתה על הכתוב (ובכל מקרה לא ברור לי איך זה אפשרי) ולפני שאני מתחילה לשרוף פיסות עץ בבית בכדי לכתוב בעזרתן רציתי להבין מה עומד מאחורי הניסוי, למה הוא אמור לפעול, ואילו חומרים יכולים ליצור את התגובה, כי לא ברור לי מה בעופרת או בפחם אמור להגיב עם מה.
    כאן ראיתי את האפשרות של חימום הכתוב, אבל זה לא דומה לניסוי שקיבלנו ולכן אני מניחה שיש עוד תגובות שאפשר ליצור עם חלב כתוב על נייר.
    אשמח מאוד אם תוכלו לעזור לי.

    תודה
    ושנה טובה.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    הניסוי שאת כתבת - לא קשור לתגובה כימית, אלא דווקא למשהו פיזיקאלי (חיכוך והידבקות). כאשר החלב מתייבש על הנייר, באיזורים בהם החלב התייבש הנייר הופך בעל תכונות חיכוך שונות מאשר נייר רגיל (אני מניח שקצת יותר דביק וקצת יותר שמנוני, אבל לא בדקתי). כאשר מחככים פחם - בנייר הוא נדבק באופן שונה לאיזורים בהם היה חלב ובאיזורים בהם לא היה חלב - וככה אפשר לחשוף את הכתוב (את יכולה לקחת פחם של 'מנגל', לא צריך לפחם עץ בעצמך. ובכל מקרה - לא כדאי להשתמש בעופרת שהיא מתכת רעילה ומסוכנת, חוסר אחריות שאמרו לילדים קטנים להשתמש בעופרת). דרך אגב- רואים את תכונות ההידבקות השונות של חומרים אחד לשני גם בעיפרון עצמו - עפרון כותב על נייר, אבל לא יכול לכתוב על שקית פלסטיק (הגרפיט ממנה בנוי העיפרון לא נדבקת לשקית)

    אבי

  • הלה

    אם ככה

    למה מעבר בעפרון על הכתוב לא יתן את אותו אפקט כמו פחם? הרי גם הגרפיט אמור להידבק באופן שונה לאזורים בהם היה חלב ולאזורים בהם לא היה חלב.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    אותו אפקט - אבל לא בדיוק אותו אפקט

    צודקת - גם עפרון ייתן את אותו האפקט. אבל בגלל שמדובר בחומר שונה - הוא לא ייתן *בדיוק* אותו אפקט. יכול להיות שהפרש ההידבקויות של עפרון בין נייר לבין נייר עם חלב הוא כל כך זעיר שקשה יהיה לראות אותו. כלומר - עוצמת האפקט תלוייה בחומר. (זה כמו לשאול למה אקמול, נורופן ואופטלגין לא נותנים בדיוק את אותו האפקט - הרי עובדים על הפעלת אותה מערכת בגוף? - כי הם פשוט לא אותו חומר). הניסוי כל-כך פשוט שאת מוזמנת לנסות ולדווח לנו אם רואים או לא רואים - אני מציע לקשקש עם העיפרון בעדינות בעדינות להעלאת הסיכוי שתראי משהו. (אם תלחצי חזק ברור שכל הנייר יקושקש בעפרון)