Mit cleverer Chemie Fälschungserkennungsstifte überlisten [Video]

04 Februar 2024 1815

In die Chemie von Fälschungserkennungsstiften eintauchend, behandelt dieses Video verschiedene experimentelle Versuche, um ihre Reaktion mit Stärke zu modifizieren. Es diskutiert auch den weiteren Kontext der Fälschungserkennung von Geld, wobei die Komplexität betont wird.

Fälschungserkennungsstifte verwenden eine Stärke-Jod-Reaktion, um gefälschte Geldscheine zu identifizieren. Aber könnten sie mit Chemie getäuscht werden? In der heutigen Folge tauchen wir in die Chemie des Iods ein, seine Farbe und seine Taktreaktionen und verdienen uns dabei ein wenig zusätzliches Geld.

Videotranskript:

Angenommen, wir wollten diese Fälschungserkennungsstifte für die Wissenschaft täuschen, wie könnten wir diese Reaktion auf normalem Papier verhindern?

Leute, meine Suchverlauf ist ein Durcheinander.

(dezente Groovemusik)

Ihr werdet sehen, dass jemand meinen Online-Kaufverlauf betrachtet und denken wird, dass ich Geldscheine drucke, und nun, ich meine, technisch gesehen habe ich das.

Gefälschtes Geld herzustellen ist schlecht und falsch und illegal und schwer zu machen, und wenn ihr nach einem Anleitungsvideo sucht, dann seid ihr hier falsch.

Funktioniert das, ACS Legal?

Können wir jetzt das Video machen?

Diese Stifte enthalten eine Iodlösung, in der Regel etwas wie Kaliumiodid, um das nichtpolare Iod in Wasser aufzulösen. Wenn ihr sie auf ein Stück normales Papier auftragt, das Stärke enthält, hinterlässt es einen dunklen Fleck und das ist alles.

Diese Stifte sind einfach eine Reaktion zwischen Iod und Stärke.

Normales Papier wie Druckerpapier enthält in der Regel Stärke.

Wenn ihr euch an unsere Folge über weiches Brot erinnert, wird ein Teil der Stärke in lange Stränge von Glukosemolekülen namens Amylose angeordnet, die sich zu Helices zusammenfalten können.

In dem Stift kommen Iodid- und Iodidionen zusammen, um einen Triiodidkomplex zu bilden.

Ich weiß, ich weiß, wir gehen an die Tafel.

Okay, ich habe verstanden.

Also, Iod ist das Element, Iodid ist das Ion, und der Triiodidkomplex besteht aus dreien von ihnen zusammen.

Verstanden?

Super.

Ich denke, ich habe es verstanden.

Gleichgewicht.

Das ist wichtig, denn wenn ihr den Stift über das Papier streicht, gelangen diese Triiodidkomplexe in die Amylose-Helix und verursachen eine dunkelviolette oder braune Farbe.

Deshalb könnt ihr dieselbe Reaktion auch auf stärkehaltigen Lebensmitteln wie Kartoffelchips sehen.

Also, Iod plus Stärke ergibt einen braunen Fleck auf normalem Papier, aber Geldpapier ist kein normales Papier.

Es ist eigentlich eine Mischung aus Faserstoffen und enthält keine Stärke.

Wenn ihr den Stift über einen echten Geldschein fahrt, gibt es keine Farbveränderung, weil keine Stärke vorhanden ist.

Die Farbveränderung von Iod hängt davon ab, in was es gelöst ist.

Als Feststoff ist Iod metallisch grau mit einem lila Dampf.

Wenn ihr ein wenig Iodlösung in Öl hinzufügt, könnt ihr diese hübsche violette Farbe sehen.

Es gibt eine Welt, in der das lila ist.

Die Farbe, die wir sehen, ist natürlich das Licht, das von den Molekülen reflektiert wird.

Einige Lichtstrahlen werden absorbiert, wodurch Elektronen in ihren molekularen Orbitalen in Bewegung versetzt werden, und einige Lichtstrahlen werden reflektiert. Und das, was wir sehen, ist das reflektierte Licht.

Wenn sich also die absorbierten Wellenlängen ändern,

kann sich auch die Farbe ändern, die wir sehen.

Und die Farbe von Iod ändert sich je nach Lösungsmittel.

Zum Beispiel werden Iodlösungen, wenn sie zu Wasser gegeben werden, von dieser lila Farbe zu einer gelbbraunen Farbe.

Dies liegt unter anderem an der Wechselwirkung der Elektronen zwischen Iod und Wassermolekülen.

Es können schwach gebundene Donator-Akzeptor-Komplexe zwischen Iod und Wasser entstehen, und dies ändert die Art und Weise, wie die Elektronen auf einfallendes Licht reagieren, indem sich die absorbierten Wellenlängen ändern und somit auch die Farbe, die wir sehen.

Wenn die Iodlösung in den Stiften mit Stärkemolekülen auf dem Papier reagiert, erhaltet ihr diese art von violett-brauner Farbe.

Und erinnert euch daran, dass ich gesagt habe, dass es wahrscheinlich daran liegt, dass die Triiodidkomplexe in die Stärkehelices schlüpfen?

Hier geht noch etwas mehr vor sich, und die Forschung zu den Details ist noch im Gange, weil es wirklich cool ist.

Die Stifte enthalten eine sehr verdünnte Iodid-Iodlösung, die kaum farbig ist.

Es gibt I2-Moleküle, Triiodidkomplexe und Kaliumiodid.

Und wenn überhaupt ist das Ganze einfach nur leicht blassgelb.

Aber wenn die Triiodidmoleküle in die Amylosehelices von Stärke gelangen, begleiten sie die I2-Moleküle.

Elektronen, die einfallendes Licht absorbieren, können nun leicht zwischen den I2- und I3-Molekülen hin und her bewegt werden, weil sie direkt nebeneinander sind. Dadurch ändert sich nicht nur die Farbe des Iods, sondern auch die Intensität.

So könnt ihr jetzt diese leuchtend blauen und dunklen Brauntöne sehen, wenn ihr Stärke und Iod mischt.

Es wurden verschiedene Längen von Polyiodinketten in den Amylosehelices vorgeschlagen, von drei bis vier, wie wir gerade besprochen haben, bis hin zu 160.

Also, viel Variabilität

Ein Team von 2022 untersuchte und schlug vor, dass die kurzen Ketten die Helix betreten und sich dann umlagern könnten, was längere Ketten verursacht und auch potenzielle Veränderungen an der Struktur der Helix selbst verursachen könnte.

Die Wechselwirkung ändert sich auch je nach Länge und Struktur der Amylose-Helix, wie viel Wasser vorhanden ist und wie die Stärke selbst gereinigt wurde.

Es gibt hier viele Dinge, die genau beeinflussen könnten, welche Farbe entsteht, wenn Sie mit dem Stift über das Papier fahren.

Wie auch immer, das ist alles cool, aber was ist, wenn wir diese Wechselwirkung tatsächlich stoppen wollen?

Wir können das Iod nicht aus den Stiften ziehen, also lassen Sie uns stattdessen versuchen, die Stärke aus dem Papier zu entfernen.

Zuerst einmal ist Stärke ein Polymer aus Zuckermolekülen, also könnten wir versuchen, sie mit Hitze abzubauen.

Stärke beginnt sich ab etwa 280 Grad Celsius zu zersetzen, was etwa 536 Grad Fahrenheit entspricht.

Aber mein Ofen geht nur bis 500, und die Zündtemperatur für Papier liegt bei etwa 233 Grad Celsius oder 451 Grad Fahrenheit, also werde ich versuchen, meinen Ofen auf 425 Grad einzustellen und zu sehen, ob wir sie ein wenig abbauen können, ohne dass sie in Brand gerät.

(Pfanne knallt)

Bitte versuchen Sie das nicht zu Hause.

Ich habe auch einen professionellen Feuerwehrmann zur Hand, nur für den Fall.

(Behälter rasselt)

(Falsche Summer ertönt)

Aber das ist der Grund, warum Biochemie mein Favorit ist.

Streiten Sie nicht mit mir, George.

Enzyme katalysieren Reaktionen, indem sie ihre Aktivierungsenergie verringern, und es gibt ein Enzym, das den Abbau von Stärke katalysiert.

Amylase.

Amylase lässt diese Reaktion, die bei 233 Grad Celsius stattfindet, näher an 65 bis 75 Grad Celsius stattfinden, was viel vernünftiger ist.

Ihr Speichel enthält tatsächlich eine Menge Amylase, um die Stärken in Lebensmitteln abzubauen.

Also werde ich dieses Stück Papier nehmen und es ablecken, nein, das werde ich nicht.

Das werde ich nicht tun.

Stattdessen nehme ich diese Amylase, die ich aus dem Internet bestellt habe, und füge 1/2 Teelöffel pro Gallone Wasser hinzu und koche das Papier darin bei etwa 70 Grad Celsius oder 158 Grad Fahrenheit.

Amylase zersetzt Stärkekettchen in kleinere Zucker wie Maltose und Glukose.

Es bilden sich Bläschen oben, und ich frage mich tatsächlich, ob diese Bläschen wie kleine, zuckerhaltige Bläschen sind, ich meine, sicherlich entsteht es, weil das Wasser erhitzt wird, aber vielleicht zersetzen wir dort tatsächlich etwas Stärke in Zucker.

Mh, nein.

Vielleicht hat es ein bisschen funktioniert.

Nein.

(Falsche Summer ertönt)

Hefe erzeugt auch und verwendet Amylase, also könnten Sie es auf eine viel geruchvollere Weise versuchen.

(Falsche Summer ertönt)

Alternativ könnten wir versuchen, das Iod daran zu hindern, mit der Stärke zu interagieren, anstatt sie abzubauen.

Wir könnten dies physisch mit etwas hydrophobem wie Haarspray versuchen.

(Haarspray zischt)

Oh-ho-ho-ho, das hat überhaupt nicht funktioniert.

Es hat die Reaktion fast beschleunigt.

Haarspray funktioniert nicht.

(Falsche Summer ertönt)

Oder Sie könnten es mit Vitamin C versuchen.

Vitamin C, auch bekannt als Ascorbinsäure, reduziert Iod zu Iodidionen, die in Lösung praktisch farblos sind.

Also erhalten Sie I2, 2I minus.

Diese Wasserstoffe springen hier herüber.

Reduktion, Chemie.

Also können wir unsere Rechnung ein wenig mit etwas in Wasser gelöstem Vitamin C besprühen, es trocknen lassen und dann den Stift ausprobieren.

Woo.

Das Vitamin C hat funktioniert.

(Richtige Summer ertönt)

Jetzt kannst du mich nicht kriegen, Regierungsmünze.

So funktioniert die klassische Ioduhr-Reaktion, und ich habe dieses Experiment tatsächlich noch nie gemacht, und es sieht wirklich cool aus, also werden wir es tun.

Ich habe diese Version der Ioduhr-Reaktion nicht selbst entwickelt, ich folge der Version von Nile Red, weil ich es noch nie gemacht habe und diese gut aussieht.

Also danke, Nigel.

Wo der Kredit fällig ist.

In einem Becher haben wir Wasser, Iod und Vitamin C.

Es ist farblos, weil das Vitamin C bedeutet, dass wir Iodidionen haben.

In dem anderen Becher haben wir Wasser, Wasserstoffperoxid und unseren alten Freund, Stärke.

Wenn wir die beiden farblosen Flüssigkeiten mischen, bleiben sie anfangs farblos, aber dann bam.

Ich glaube, meine Iodkonzentration ist ein wenig zu niedrig.

(Helles Signal ertönt)

(Helle dezente Musik)

Ach, der andere, der außerhalb der Kamera, ist gerade umgeschlagen.

Es gibt Hoffnung, es gibt Hoffnung, es gibt Hoffnung.

(Instruktor lacht)

Bam, sie verwandeln sich in eine dunkle Flüssigkeit.

Dies liegt daran, dass hier mehrere Reaktionen stattfinden.

Das Wasserstoffperoxid verwandelt die Iodidionen wieder in I2 oder Iod, aber solange Vitamin C vorhanden ist, wird das Iod weiter zu Iodid reduziert.

But eventually, the vitamin C runs out, the I2 forms up, comes together with some other I-minus ions to form those triiodide complexes we talked about before.

Those hang out with starch, and bam, color.

So freaking cool.

What was this video about again?

Right, counterfeit money.

Because none of this happens in real currency paper, because there’s no starch in it.

US currency paper is made by Crane & Co.

They were handpicked, no lie, by Paul Revere, to make the first US currency,

and they’ve just stuck ever since.

The paper also has red and blue colored filaments running through it, making it hard to duplicate, and Crane & Co won’t sell it to you.

But this stuff is some paper that I bought off of Amazon, so you can buy a paper that might already fool a tired, underpaid cashier just trying to finish their shift and check your bill.

Right, it’s definitely a different color from the printer paper.

So there’s printer paper and then Amazon paper.

There’s the real bill, and I don’t think it’s fooling anybody.

I bet they spray it with a little starch for this purpose.

And most real counterfeiters aren’t buying stuff like this.

They’re bleaching small denomination bills to get the right paper, and then printing larger denominations on it.

So these pens are one of the weakest methods of counterfeit detection for a number of reasons.

So was all of this for naught?

I mean, no, the chemistry was worth it.

You learned something, didn’t you?

I did.

I actually haven’t tried this pen on this paper yet.