Домашний эксперимент, страница 124, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Невидимые чернила

Китайский император использовал для своих тайных надписей невидимые чернила из рисового отвара, который после высыхания не оставлял никаких видимых следов. Однако если такое письмо слегка смочить слабым спиртовым раствором йода, то появляются синие буквы. Рис содержит крахмал, а крахмал выдает себя полностью при наличии йода.

В тексте описан один из классических методов создания симпатических (невидимых) чернил и способ их проявления, основанный на химической реакции между крахмалом и йодом. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Принцип создания невидимой надписи

В качестве «чернил» используется рисовый отвар, который по своей сути является коллоидным раствором крахмала в воде. Крахмал — это природный полимер, полисахарид, общая формула которого $(C_6H_{10}O_5)_n$. Когда этим отваром пишут на бумаге, состоящей преимущественно из целлюлозы (также полисахарида), происходит следующее: вода из отвара испаряется и впитывается в бумагу. На поверхности и между волокнами бумаги остаются молекулы крахмала, образуя очень тонкий, полупрозрачный слой. Поскольку и крахмал, и бумага имеют схожую органическую природу и не обладают выраженным цветом, высохшая надпись становится невидимой для невооруженного глаза.

Ответ: Невидимая надпись создается с помощью раствора крахмала (рисового отвара). После высыхания воды на бумаге остается тончайший прозрачный слой молекул крахмала, который незаметен на фоне бумаги.

Механизм проявления надписи с помощью йода

Проявление надписи основано на качественной реакции на крахмал. Для этого используется «проявитель» — слабый раствор йода (в тексте упомянут спиртовой раствор). Молекулярный йод ($I_2$) плохо растворим в воде, поэтому для приготовления водных растворов его обычно растворяют вместе с йодидом калия ($KI$). При этом образуются полийодидные ионы, в основном трийодид-ион $I_3^-$ по реакции: $I_2 + I^- \rightleftharpoons I_3^-$.

Крахмал состоит из двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. Амилоза имеет линейное строение, и её длинные молекулярные цепи сворачиваются в спираль. Именно эта спиральная структура играет ключевую роль. Цепочки из атомов йода (полийодидные ионы) способны «встраиваться» внутрь спирали амилозы, образуя так называемый комплекс включения, или клатрат. Внутри этого комплекса изменяются электронные орбитали молекул йода, что приводит к формированию комплекса с переносом заряда. Этот комплекс интенсивно поглощает свет в желто-оранжевой части видимого спектра. Свет, который не поглощается, а отражается от надписи, воспринимается человеческим глазом как синий или сине-фиолетовый. Таким образом, участки бумаги, где был нанесен крахмал, окрашиваются в характерный синий цвет, делая тайное послание видимым.

Ответ: Проявление надписи происходит за счет химической реакции: полийодидные ионы из раствора проявителя проникают внутрь спиралевидных молекул амилозы (компонента крахмала). В результате образуется комплекс включения, который поглощает желто-оранжевый свет, из-за чего мы видим интенсивное синее окрашивание в местах нанесения крахмала.