Всероссийский конкурс исследовательских работ учащихся «Дерзание Юниор»

Всероссийский конкурс
исследовательских работ учащихся
«Дерзание Юниор»
Пермский край, Очерский муниципальный район
Химия. Физика
От стила - до ручки, от бузины – до чернил.
Красносельских Ольга,
МБОУ «Павловская СОШ»,
5 «б» класс
Красносельских Мария
Александровна,
МБОУ «Павловская СОШ»,
учитель физики
Пермь, 2016
1
Оглавление
Введение
Основная часть
Глава 1. Чернила.
1.1.Из истории чернил.
1.2.Состав и свойства современных чернил.
Глава 2. «Необычные» чернила.
2.1.Симпатические и другие чернила.
2.2. Рецепты симпатических чернил.
Глава 3. Ручки и не только.
3.1.Из истории развития пишущих предметов.
3.2. Виды и типы ручек.
3.3.Сборка модели ручки для симпатических чернил.
3.4. Эксперимент
Обобщение данных. Заключение
Библиографический список
Приложения
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Введение
Как-то после новогоднего вечера в классе нам подарили ручку и блокнот,
рисуя в блокноте, я подумала: «Почему мы пишем именно синими чернилами?».
Мне бы, например, хотелось писать салатовыми чернилами. Почему при печати
книг используют в основном черные чернила? И в компьютере мы печатаем тоже
черными чернилами. Да и само слово «чернила» произошло от слова «черный».
Потом мне стало интересно, как получают чернила и самое главное как такой
привычный и удобный предмет, как шариковая ручка приобрел современный вид.
Мне стало интересно, и я решила разобраться с этим вопросом. Но сначала я
захотела узнать, что думают по этому поводу мои одноклассники, и другие
ребята.
Я опросила одноклассников задав им два вопроса:
1. Удобно ли вам писать синими чернилами?
2. Какими чернилами вы бы хотели писать и почему?
Результаты опроса (приложение 1) натолкнули меня на новый виток моего
исследования, потому что почти половина опрошенных, ответила на второй
вопрос, что им бы хотелось писать невидимыми чернилами, затем чтоб скрыть
написанное. Изучив литературу, я освоила несколько рецептов изготовления
симпатических чернил. Потом мне необходимо было придумать пишущий прибор
для моих чернил, и я сконструировала ручку, изучив перед этим историю
развития этого предмета. Затем я провела эксперимент по написанию «тайных
посланий».
Тема исследования: «От стила – до ручки, от бузины – до чернил»
Цель: изучить историю происхождения чернил и выделить этапы развития
шариковой ручки.
Проблема: возможно, ли в домашних условиях изготовить ручку и
симпатические чернила к ней.
Задачи:
Выяснить, какими чернилами писали раньше и пишут сейчас. Состав чернил,
основные компоненты.
Выделить исторические этапы развития предметов для письма; выявить основные
детали ручки для письма.
Представить свою модель ручки для симпатических чернил
Провести эксперимент, выясняющий свойства симпатических чернил трех видов.
Обобщить полученные данные и сделать выводы.
Объект исследования: Шариковая ручка, чернила для ручек.
Предмет исследования: свойства чернил.
Методы исследования: изучение теоретических материалов, опрос,
эксперимент, сравнение, анализ, обобщение полученных данных.
3
Глава 1. Чернила.
1.1.Из истории чернил.
Человечество большую часть своей истории писало чернилами, если не
считать выбитые и вырезанные на табличках, бересте и камнях письмена. А что
такое чернила? Это краска для письма. Из чего же состоит эта краска? Рецепт
самых древних чернил не сохранился, но известно, что египтяне свои папирусы
писали смесью, для изготовления которой использовали золу от корней дерева,
которую соединяли с камедью (густым клейким соком вишни) и разводили потом
до нужной консистенции обыкновенной водой.
Подобным рецептом пользовались и китайцы, но
такие чернила плохо стекали с пера, поэтому египтяне
наносили их на папирус палочкой, а китайцы писали
иероглифы на бумаге и шелке тонкой кисточкой. Такие
чернила: со временем высыхали, становились ломкими и
осыпались.
Древние греки и римляне для получения чернил
смешивали сажу полученную от сжигания виноградных
косточек с маслом. Остатки таких чернил находили во
время раскопок археологи.
Римские чернила были не стойкими, их можно было
смыть водой или просто слизать языком, поэтому
император для написания важных правительственных
документов
использовал
специальные
чернила,
приготовленные из киновари (минерал) или пурпура. Эти
чернила были очень ценными, потому что процесс
получения пурпура был очень сложным: чтобы получить
всего 1,5 г. красящего вещества, требовалось переработать
особым образом 12000 пурпурсодержащих моллюсков,
поэтому стоили такие чернила очень дорого, и для них выделялась специальная
охрана.
Одними из самых дорогих считаются чернила, изготовленные с
применением золота и серебра. В Швеции хранится «серебряная Библия»,
которой более полутора тысяч лет. Она написана серебряными чернилами на
красном пергаменте. Россияне в давние времена тоже умели готовить золотые
чернила — растертое в тонкую пыль золото смешивали
с патокой и этой пастой писали. Затем мед осторожно
вымывали, а золотые буквы оставались.
В средние века для чернил использовали кожуру
зеленых каштанов и грецких орехов, которые
специальным образом вываривали. Чернила так же
4
готовили из спелых ягод бузины, и черники. В XVI веке
на Руси придумали использовать для чернил
«чернильные орешки» галлы — так называются наросты
на листьях дуба, и других деревьев в которых живет
личинка насекомого орехотворки. Эти орешки
вымачивали, добавляли вишневый клей, мед и варево
хмелевое — таким образом получались стойкие чернила
с красивым отблеском. Но они имели существенный
недостаток - написанное, такими чернилами становилось
видимым только спустя 10—12 часов.
Чуть позже на Руси стали известны железные чернила.
Для их изготовления использовали ольховые корни,
ореховую или дубовую кору и те же «чернильные орешки».
Из этого варили «чернильное сусло» и опускали в него куски
железа.
В XVIII веке появился железный купорос, и чернила
стали выпускать в больших количествах.
В 1885 году саксонский учитель Леонарди
совершил переворот в «чернильном деле». Он
изобрел ализариновые чернила. Они также
были галловые, но не бесцветно-мутные, а
интенсивно сине-зеленые. На бумаге они
переходили в глубокий черный цвет. Это
достигалось с помощью краппа – продукта
особой обработки корней восточного растения марены. Однако вскоре и у этого
изобретения появился конкурент — синтетические анилиновые чернила. На этом
история чернил для письма остановилась.
1.2. Состав и свойства современных чернил.
Современные чернила мало похожи на
древние. Но все чернила
представляют собой однородные смеси носителя и красящего вещества с другими
веществами, которые добавляют для придания особых свойств.
Любые чернила содержат следующие основные компоненты:
Растворитель: дистиллированная вода; глицерин, этанол; очищенные или
неочищенные масла.
Пигменты: ингредиенты, которые отвечают за цвет чернил, красящее вещество
или смесь красителей. Пигменты состоят из веществ, которые при смешивании в
определенной пропорции создают определенный цвет. Некоторые из этих
веществ – натурального происхождения, некоторые – созданы искусственно.
Вещества могут быть представлены в виде красящих порошков, жидких
дисперсий или концентрированных паст.
5
Модификаторы и добавки применяются для изменения назначение чернил
(вязкости и скорости высыхания): изопропиловый спирт и глицерин сахара,
латекс.
Чернила для письма должны обладать рядом особых свойств, чтобы
отвечать своему назначению. Самые общие из этих свойств –
 однородность,
 текучесть,
 физическая и химическая стабильность,
 по возможности слабый и безвредный запах,
 интенсивный цвет,
 образование не липкой пленки по высыхании.
6
Глава 2 Необычные чернила.
2.1. Симпатические и другие чернила.
Есть пословица: «Что написано пером, не вырубишь и топором». Но
чернила всегда успешно смывали, стирали и сводили. Известный ученый
Берцелиус разработал очень надежный рецепт чернил. Текст, написанный его
чернилами, можно уничтожить только вместе с бумагой.
Томас Эдисон ученый экспериментатор придумал чернила для слепых. Если
ими что-то написать и немного подождать, то бумага в тех местах, где были
начертаны буквы, твердела и поднималась, образуя рельеф.
Меня интересуют «чернила-невидимки» симпатические чернила. Текст,
написанный такими чернилами, невозможно увидеть, не зная специальной
технологии их проявления. Сам термин «симпатические» впервые был введен
французским химиком Лемери в 1675 году.
Первый рецепт симпатических чернил предложил Овидий в 43 году до
нашей эры. Он советовал вести переписку молоком. Высыхая, оно не оставляет на
пергаменте никаких следов, а проявить надпись можно, нагрев письмо над огнем.
Составы невидимых чернил предлагали в I веке нашей эры Филон
Александрийский и Плиний Старший.
В IX веке арабские священники использовали симпатические чернила для
писем пророку Мухаммеду на камнях, а видимыми эти надписи становились при
контакте с теплом руки, прикоснувшейся к камню.
Методы проявления секретных посланий различны и зависят от состава
симпатических чернил. Есть способы:
Механические: посыпание бумаги мелкомолотым порошком
графита
Термические: путем нагрева надписи.
Оптические: связаны с использованием оптических
приборов, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей —
некоторые симпатические чернила светятся в
ультрафиолетовом свете
Химические: обмакивание в специально изготовленные
растворы или воздействие их парами.
Существуют так же исчезающие чернила. Надписи
такими чернилами исчезают со временем. Можно
приготовить такие чернила, смешав 50 мл спиртовой настойки йода с чайной
ложкой декстрина и отфильтровав осадок (декстрин можно получить, прокалив в
духовке крахмал). Полученная жидкость будет иметь насыщенный синий цвет, но
после нанесения на бумагу, полностью потеряет цвет через 1 — 2 дня из-за
улетучивания йода. В Японии такие чернила уже выпускаются в
производственных масштабах и предназначены они для временных пометок на
полях книг.
7
Подобные чернила можно купить в магазинах, торгующих предметами для
розыгрышей.
Самопроявляющиеся чернила. Написанного такими чернилами поначалу
не видно. Но в отличие от симпатических чернил, требующих специального
проявителя,
со
временем
надпись
проявится
сама.
Изготовить
самопроявляющиеся чернила можно, используя в равных частях нашатырный
спирт и зеленку.
2.2. Рецепты симпатических чернил.
Многие симпатические чернила и их проявители очень просты в
изготовлении, и приготовить их можно, из подручных средств, которые можно
найти на любой кухне таких, как уксусная кислота, кальцинированная и питьевая
сода, рис, соль, сахар, вода, крахмал, и многое другое.
Я предлагаю исследовать особенности трех простых рецептов:
Рецепт№1
Густой рисовый отвар или раствор крахмала. Проявить можно с помощью
слабого спиртового раствора йода. Буквы - синего цвета.
Рецепт№2
Луковый или лимонный сок. Буквы проявляются при нагревании бумаги,
имеют разные оттенки коричневого цвета.
Рецепт№3
Молоко. Буквы проявляются при нагревании бумаги, имеют разные оттенки
коричневого цвета.
Писать и читать шпионские письма можно, только строго соблюдая технику
безопасности!!!
8
Глава 3. Ручка и не только.
3.1. Из истории развития пишущих предметов.
Что бы изготовленные чернила использовать, необходим инструмент для
письма, т.е. ручка. Сегодня шариковой ручкой никого не удивишь. Сложно
представить, что еще около семидесяти лет назад никто и понятия не имел о
возможности писать еще чем-то, кроме привычной в те годы перьевой ручки или
карандаша. Из чего сделана шариковая ручка, как она была создана и почему
пишет?
Орудия для письма всегда зависели от того на чем писали: на глине знаки
выдавливали палочками, на папирусе, пергаменте, шелке, а потом и на бумаге
писали с помощью перьев, кисточек или заостренных расщепленных на конце
тростинок. Их нужно было часто менять и по образцу тростниковых перьев
изготавливали бронзовые, но они быстро засорялись засохшими чернилами.
На востоке, как и на западе, писали и на покрытых
воском табличках острой палочкой – стилом. Другой
конец стила был тупым, им можно было затереть
написанное. На Руси такой же палочкой процарапывали
надписи на бересте, которая всегда была под рукой.
В средневековой Европе главным орудием письма
стали птичьи перья. Лучше всего подходили маховые
перья
молодого
гуся,
которые
вырывали
в
профилактических целях – чтобы птица не улетела.
Каждое перо вываривалось в щёлочи для обезжиривания,
закалялось в горячем песке и очинялось маленьким
ножиком, который прозвали «перочинным».
Первое стальное перо изготовил в 1748 году голландец Йоханнес Янсен, но
только век спустя, в Германии, такие перья стали производиться массово. Их как
гусиные, тоже приходилось постоянно окунать в чернила и чистить
промокательной бумагой, что замедляло скорость письма.
Возникала
необходимость
объединения
держателя, пера и емкости для чернил в один прибор –
авторучку. В 1884 году нью-йоркский страховой агент
Льюис Ватерман запатентовал такую ручку. Она была
дорогой и неудобной – когда чернила заканчивались, их
приходилось по каплям закапывать через пипетку, ручки
часто ломались, и их возвращали продавцам.
Джордж Паркер телеграфист сконструировал ручку, в которой
просачивались чернила в вертикальном положении. Впоследствии он стал
основателем известной компании по производству пишущих принадлежностей.
9
По сей день все пользовались бы перьевыми
чернильными ручками, если бы не журналист Ласло Биро,
придумавший конструкцию шариковой ручки. Именно он
задумался над вопросом создания «вечного пера», которое
заполнялось бы быстросохнущими чернилами. Слишком
густые чернила могли забить узкий конец пера, и тогда вместе со своим братомхимиком Биро изобретает вращающийся шарик. Так, в 1938 году была создана
первая в мире шариковая ручка.
3.2.Виды и типы ручек.
Несмотря на всеобщую компьютеризацию, ручка остается популярной. 92%
жителей планеты используют ручки, в год каждый человек покупает по 4-5 ручек,
это примерно 30 миллиардов проданных ручек в год.
Сегодня предлагается огромный выбор ручек. Все эти ручки совершенно
разные и по конструкции, и по свойствам, но все они могут делать одно –
оставлять следы на бумаге.
Первыми стали перьевые авторучки, которые работали только при
обычном атмосферном давлении, а, например, на высоте начинали течь.
Шариковые ручки. Скоро было предложено заменить в наконечнике перо
на шарик. Шариковые ручки писали даже в таких условиях, где перьевые уже
переставали, а кроме того, они были дешевы и очень практичны.
В 1953 году специалисты компании en:Rotring разработали капиллярную
ручку. В ней используется специальная игла, которая при нажатии на бумагу
открывает канал для подачи чернил. Капиллярные ручки используются в
чертежном деле. Тоньше и стабильнее пишущих предметов нет. Капиллярные
ручки исчезают из-за того, что от руки сейчас почти никто не чертит – в этой
сфере компьютерная техника смогла одержать победу.
Роллеры - это шариковые ручки, в которых чернила похожи по составу на
те, что используются в перьевых ручках.
Гелевые ручки были изобретены последними и считаются самыми
перспективными. Особая гелевая структура этих чернил позволяет обеспечить
наименьшее трение между шариком, чернилами и наконечником. Эти приводит к
тому, что качество письма повышается, а оставляемая на бумаге линия становится
мягче и четче. Гелевые чернила очень практичны: они яркие и заметные, долго
сохнут, но устойчивы к свету и воде. Единственный минус – высокий расход,
который вынуждает часто менять стержни и увеличивает себестоимость письма.
Современная наука и техника позволяет создать ручки, которые наполнены
дополнительными функциями ручки - «гаджеты». Например ручка которая может
сканировать цвет предмета и писать этим цветом просто находка для художника.
Ручка которая может проецировать часы. Ручки – фонарики, ручки – плееры,
ручки – диктофоны, и даже атомные ручки.
10
Цены на ручки так же различны. Простую можно купить за 5 рублей, а
стоимость на самые дорогие устремляется в небеса. Такими ручками пишут
только в исключительных случаях, потому что это ценность или предмет
искусства.
3.3. Сборка модели ручки для симпатических чернил.
Чтобы собрать ручку для моих чернил надо узнать конструкцию ручки,
основные элементы из которых она состоит.
В основном, устройство шариковой ручки это соединенный пишущий узел
и емкость с чернилами. Пишущий узел – узкая полая трубочка с маленьким
шариком на конце, который свободно вращается в гнезде. Чернила подаются с
одной стороны трубочки и попадают на шарик, который оставляет следы на
бумаге.
Чернила не выливаются из ампулы, потому что они более густые по
сравнению с перьевыми чернилами, а расстояние между стенками трубочки и
вращающимся шариком настолько мало, что чернила поступают очень
равномерно и дозировано, что предотвращает их протекание.
Состав ручки шариковой, которая чаще всего используется в повседневной
жизни, выглядит так:
Основной корпус - центральная часть ручки, за которую держат изделие
при использовании.
Заглушка - закрывает корпус.
Носик - элемент корпуса с отверстием для стержня.
Стержень – элемент, в котором содержатся чернила и пишущий механизм в
виде шарика.
Колпачок - закрывает стержень.
Ознакомившись со стандартным строением ручки более подробно, и
выделив основные его части, мне необходимо сконструировать свою ручку.
В качестве корпуса я использую цилиндр от медицинского одноразового
шприца.
Использовать необходимо новый шприц без иглы! Соблюдая
осторожность!
Для заглушки послужит поршень шприца. Чернила я буду наливать сразу в
цилиндр.
В качестве пишущего механизма послужит ватная палочка, по желобку
которой будут поступать чернила.
Моя ручка готова. Теперь я могу писать тайные послания. (Приложение 2)
11
3.4. Эксперимент
Для проведения эксперимента я взяла лист обычной офисной бумаги,
используя сконструированную ручку и три разных состава чернил. Написав
разными чернилами на одном листке три кодовых слова «чернила», я стала ждать
полного высыхания чернил.
После того, как чернила высохли, я проявила написанное с помощью огня
свечи, и слабого раствора йода. (Приложение 3)
12
Обобщение данных. Заключение
Проведя три опыта по написанию, я пришла к заключению, что наиболее
удобными в применении и аккуратными при письме являются чернила
изготовленные из лимонного сока или молока. Недостаток в использовании
чернил состоит в том, что проявлять написанное нужно с применением огня.
Чернила из рисового отвара не столь аккуратны, но их проявление менее опасно.
Проделав огромную работу я узнала:
Историю развития пишущих предметов, их совершенствование.
Историю возникновения чернил, их разновидность и рецепты.
Научилась изготавливать чернила в домашних условиях.
Научилась изготавливать пишущие приборы из подручных материалов.
Освоила различные методы получения информации, её анализа и обобщения
полученных данных.
Конечно хотелось попробовать получить чернила из каштана, из
чернильных орешков, из бузины, но я думаю, что это еще все впереди, т.к. я
теперь знаю рецепты и где найти сырье. И я надеюсь, что после моего доклада вы
сможете сами изготовить чернила и будете относиться к ним с большим
уважением, ибо чернила имеют длинную историю и играют огромную роль в
нашей повседневной жизни.
13
Библиографический список
http://nsportal.ru - проект по исследованию чернил.
http://kostyor.ru - из истории чернил.
http://rushkolnik.ru - устный журнал по химии.
http://krugosvet.ru - о развитии ручки.
http://officemart.ru - история пишущих предметов.
http://sd2.uchebalegko.ru - какие бывают чернила.
http://ru.wikipedia.org - чернила.
14
Приложения
Приложение 1.
Результаты опроса:
1 вопрос: Удобно ли вам писать синими чернилами?
16
14
12
10
8
6
1 вопрос
4
2
0
да
нет
все
равно
2 вопрос: Какими чернилами вы бы хотели писать и почему?
14
12
10
8
2 вопрос
6
4
2
0
красными
15
зелеными
черными
бесцветными
Приложение 2
Приложение 3
16