Come funziona l’inchiostro simpatico e come scrivere messaggi invisibili: esperimenti chimici semplici

Un foglio bianco, una candela e un messaggio segreto si rivela. È quasi magia, Johnny!! No, è scienza! Gli inchiostri invisibili, detti anche "inchiostri simpatici", sono solitamente sostanze trasparenti o quasi incolori che diventano visibili solo dopo uno specifico trattamento: calore, una reazione con un'altra sostanza o l'esposizione a luce UV. Il segreto scientifico risiede nella struttura delle molecole presenti nell'inchiostro: quando vengono sottoposte a uno di questi trattamenti, modificano la propria struttura elettronica o si trasformano in forme chimiche diverse capaci di assorbire la luce nel campo del visibile. Assorbendo alcune lunghezze d'onda, ne riflettono altre, rendendo leggibile il messaggio inizialmente nascosto. Molte di queste molecole sono state usate anche per lo spionaggio, ma spesso sono pericolose da maneggiare. Per fortuna, a casa possiamo ottenere risultati sorprendenti con succo di limone, curcuma o succo d'uva, oppure, per i più artisti, pastelli a cera e acquerelli. Non sono esperimenti studiati nel dettaglio dalla ricerca, ma possiamo spiegarli in maniera esaustiva con concetti base di chimica e fisica.

L’inchiostro simpatico con il succo di limone: l’esperimento chimico da fare in casa

Uno dei metodi più semplici è quello del succo di limone. Vi serviranno un foglio di carta, del succo di limone, un pennello o cotton fioc e una fonte di calore (una candela, un ferro da stiro o un accendino). Procediamo!

1. Intingete il pennello o il cotton fioc nel succo di limone.
2. Scrivete il vostro messaggio segreto sul foglio e aspettate che asciughi.
3. Una volta asciugato, passate il foglio su una candela (attenzione, non troppo vicino, altrimenti vi potreste fare male o bruciare tutto il foglio), oppure tenete per qualche secondo il ferro da stiro sul foglio. ATTENZIONE: se siete bambini, fatevi aiutare da un adulto!
4. Dopo qualche secondo, ecco apparire una dopo l’altra le lettere del vostro messaggio, con un colore brunastro, un po’ bruciacchiato.

Cosa è successo? Come anticipavamo, non è un fenomeno studiato a puntino, ma le spiegazioni proposte dipendono dalla chimica del succo di limone. Il meccanismo più condiviso è che, quando scaldiamo il foglio, i composti organici presenti nel succo di limone  soprattutto acidi organici come l’acido citrico, si decompongano e si ossidino a contatto con l’ossigeno ambientale, portando alla formazione di composti brunastri dove è presente il succo, rendendo visibile il messaggio. In linea di massima, questo vale per molti composti acidi, come anche le cipolle, il succo d’arancia o l’aceto.

Possono contribuire anche reazioni di degradazione termica degli zuccheri, simili alla caramellizzazione. Non è detto che non entrino in gioco entrambe le reazioni.

Curcuma, succo d’uva e il pH che cambia

Per questo secondo esperimento ci serviranno bicarbonato di sodio, acqua, curcuma (o succo d’uva), alcol e il solito pennello o cotton fioc.

1. Mescolate acqua e bicarbonato di sodio (l’Istituto Catalano di Ricerca Chimica consiglia 60 g di bicarbonato di sodio in 60 mL di acqua).
2. Utilizzate questa soluzione per scrivere il vostro messaggio segreto e lasciate asciugare (potreste trovare un po’ di polverina di bicarbonato di sodio, basterà spolverarla via).
3. In un altro bicchiere, sciogliete la curcuma in un po’ di alcol o di acetone (la curcumina, con la sua struttura lipofila si solubilizza male in acqua). Se avete scelto il succo d’uva, potrete usarlo direttamente così com’è.
4. Ora, con un pennello, passate questa soluzione di curcuma, o il succo d’uva, sul foglio dove avete scritto il messaggio.
5. Vedrete che la curcuma colorerà il foglio di giallo, ma nei punti in cui avete scritto, diventerà un bel rosso mattone! Il succo d’uva invece, colorerà il foglio di rosso-viola, e il messaggio di blu intenso.

Da un punto di vista chimico stiamo assistendo a una variazione del colore in base al pH. Sia la curcumina della curcuma, che le antocianine, presenti nel succo d’uva hanno infatti strutture sensibili al pH che assorbono in diverse zone del visibile a seconda che si tratti di pH acido o basico.

La curcumina è formata da due gruppi aromatici “metossifenolici” collegati da una sorta di ponte centrale chiamato gruppo dichetonico α,β-insaturo, fondamentale per il cambiamento di colore. A pH acido, la struttura è stabile e ha una colorazione gialla. In ambiente basico, il bicarbonato “strappa” un idrogeno al carbonio centrale di questo ponte, lasciando “in sospeso” due elettroni sul carbonio. Nessun problema, gli elettroni si spostano e si ridistribuiscono lungo la struttura della curcumina (in gergo tecnico si parla di delocalizzazione elettronica), dando origine a una forma della curcumina che assorbe la luce in modo diverso e appare rosso-arancione. In generale, questa sorta di riassetto interno della molecola è in gran parte reversibile e quando il pH si abbassa, diventando nuovamente acido, la molecola torna gialla.

Anche le antocianine si comportano allo stesso modo: in ambiente basico perdono un protone e gli elettroni si riorganizzano nella molecola. Questo cambia il modo in cui assorbono la luce e quindi il colore che vediamo. Potete osservare questo meccanismo anche con il cavolo rosso, lasciato bollire e usando l’acqua, il karkadè o altri frutti rossi, perché sono tutti ricchi di antocianine.

Una nota a margine: magari avete dimenticato il foglio per un po’ di tempo dopo aver colorato e rivelato il vostro messaggio con le antocianine, e la colorazione è diventata blu uniforme ovunque. Il problema è che le antocianine si degradano e cambiano colore anche quando esposte all’ossigeno ambientale, ma più lentamente.

Ultimo esperimento: pastelli a cera e acquerelli

Questo è ancora più semplice dei precedenti e può divertire anche i bimbi più piccoli. Non richiede calore, non richiede alcol o miscelazioni di ingredienti, ma solo pastelli a cera e acquerelli. Basterà disegnare o scrivere un messaggio sul foglio bianco con un pastello a cera, anch’esso bianco. E poi potete dare sfogo alla vostra fantasia usando gli acquerelli per colorare l’intero foglio.

In questo caso, non non avviene alcuna reazione chimica rilevante, solo “l’antipatia” tra acqua e grasso. La cera è infatti idrofobica, cioè odia l’acqua, e dove è presente il disegno fatto con il pastello a cera, l’acqua degli acquerelli semplicemente scivolerà via: le parti non colorate rivelano il vostro messaggio segreto!

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