Sconfiggere i pennarelli rilevatori di falsi con una chimica astuta [Video]

04 Febbraio 2024 1718

Approfondendo la chimica delle penne per il rilevamento delle contraffazioni, questo video tratta vari tentativi sperimentali di modificare la reazione con l'amido. Discute anche il contesto più ampio del rilevamento del denaro contraffatto, sottolineando le complessità coinvolte.

Le penne per il rilevamento delle contraffazioni utilizzano una reazione tra amido e iodio per identificare banconote false. Ma potresti ingannarle con la chimica? Nella puntata di oggi, approfondiamo la chimica dello iodio, il suo colore e le sue reazioni a orologio, mentre guadagniamo un po' di soldi extra.

Trascrizione video:

Immaginiamo di voler ingannare queste penne per il rilevamento delle contraffazioni per la scienza, come potremmo impedire che questa reazione avvenga su carta normale?

Ragazzi, la mia cronologia di ricerca è un disastro.

(musica jazz sottile)

Vi dico, qualcuno guarderà la mia cronologia di acquisti online e dirà, sta stampando banconote e in un certo senso è vero.

Creare denaro contraffatto è sbagliato, illegale e difficile da fare, e se stai cercando un video su come farlo, questo non è quello giusto.

Funziona un po', giusto, ACS Legal?

Possiamo fare il video adesso?

Queste penne sono riempite con una soluzione di iodio, di solito qualcosa come ioduro di potassio, per aiutare l'iodio non polare a dissolversi in acqua. Se le passi su un pezzo di carta normale, che contiene amido, lasciano un segno scuro e basta.

Queste penne sono semplicemente una reazione tra iodio e amido.

Ora, la maggior parte delle carte normali come la carta per stampanti contiene amido.

Se ricordate la nostra puntata sul pane morbido, alcuni degli amidi si dispongono in lunghi filamenti di molecole di glucosio chiamate amilosio, che possono piegarsi in eliche.

All'interno della penna, gli ioni ioduro e iodio si uniscono per formare un complesso triioduro.

Lo so, lo so, andiamo alla lavagna.

Va bene, ci sono.

Quindi lo iodio è l'elemento, l'ioduro è l'ione e il complesso triioduro sono tre di loro insieme.

Ci siamo?

Benissimo.

Credo di aver capito.

Equilibrio.

Questo è importante perché quando passi la penna sulla carta, questi complessi triioduro penetrano nella spirale dell'amilosio e causano un colore viola scuro o marrone.

È per questo che puoi ottenere la stessa reazione su un alimento amidaceo come una patatina.

Quindi iodio più amido uguale a una macchia marrone sulla carta normale, ma la carta dei soldi non è carta normale.

In realtà è una miscela di fibre tessili e non contiene amido.

Quindi quando passi la penna su una banconota vera, non c'è alcun cambiamento di colore perché non c'è amido.

Il cambiamento di colore dello iodio dipende da ciò in cui è disciolto.

Come solido, lo iodio è quasi di colore grigiastro con un vapore viola.

Se aggiungi un po' di soluzione di iodio nell'olio, puoi vedere quel bellissimo colore violetto.

In un certo universo è viola.

Il colore che vediamo, ovviamente, è la luce che si riflette sulle molecole.

Un po' di luce viene assorbita, spostando gli elettroni nei loro orbitali molecolari, e un po' di luce rimbalza, e ciò che vediamo è la luce che rimbalza.

Quindi se le lunghezze d'onda della luce assorbita cambiano,

anche il colore che vediamo può cambiare.

E il colore dello iodio cambia in base al solvente.

Ad esempio, se viene aggiunto all'acqua, le soluzioni di iodio passano da un colore viola a un marrone giallastro.

Questo è dovuto in parte all'interazione degli elettroni tra l'iodio e le molecole d'acqua.

Possono formarsi complessi donatore accettore debolmente legati tra lo iodio e l'acqua, e questo cambia come gli elettroni rispondono alla luce in arrivo, cambiando le lunghezze d'onda della luce che viene assorbita, cambiando il colore che vediamo.

Ora, quando la soluzione di iodio nelle penne reagisce con le molecole di amido sulla carta, si ottiene questo tipo di colore viola-marrone.

E ricordate come ho detto che probabilmente è a causa dei complessi triioduro che penetrano nelle elicoidi dell'amido?

In realtà qui c'è qualcosa in più e le ricerche sulle specifiche sono ancora in corso, perché è veramente interessante.

Quindi le penne contengono una soluzione molto diluita di ioduro-iodio, che ha poca o nessun colore.

Ora, ci sono molecole di I2 fluttuanti, complessi triioduro e ioduro di potassio.

E se qualcosa, tutto qui è come un giallo pallido.

Ma quando le molecole di triioduro si insinuano nelle elicoidi di amilosio, le molecole di I2 le accompagnano.

Gli elettroni che assorbono la luce in arrivo possono ora muoversi facilmente avanti e indietro tra le molecole di I2 e I3, perché sono vicine tra loro, cambiando non solo il colore dello iodio, ma anche l'intensità.

Ora puoi ottenere questi blu brillanti e marroni scuri che vediamo quando mescoliamo amido e iodio.

Sono state proposte varie lunghezze di catene di poliiodio all'interno delle elicoidi di amilosio, da tre a quattro, come abbiamo appena detto, fino a un massimo di 160.

Quindi, molta variabilità. Un team del 2022 ha indagato e suggerito che le catene corte potrebbero entrare nell'elica e poi riorganizzarsi, causando catene più lunghe e potenzialmente provocando cambiamenti nella struttura dell'elica stessa. L'interazione cambia anche in base alla lunghezza e alla struttura delle eliche di amilosio, quanto acqua c'è intorno, come è stato purificato l'amido stesso. Ci sono molte cose qui che potrebbero influenzare esattamente quale colore si ottiene quando si passa quella penna sulla carta. Ad ogni modo, tutto questo è interessante, ma e se volessimo effettivamente impedire che questa interazione avvenga? Non possiamo togliere lo iodio dalle penne, quindi invece, vediamo se possiamo cercare di togliere l'amido dalla carta. Prima di tutto, l'amido è un polimero di molecole di zucchero, quindi potremmo provare il calore per decomporlo. L'amido si decompone a partire da circa 280 gradi Celsius, che corrispondono a circa 536 gradi Fahrenheit. Ma il mio forno arriva solo a 500 gradi, e la temperatura di accensione della carta è di circa 233 gradi Celsius o 451 gradi Fahrenheit, quindi cercherò di impostare il mio forno a 425 gradi e vedere se possiamo scomporlo un po', ma senza incendiarlo. (piano sbatte) Non provate questo a casa. Ho anche un professionista antincendio a portata di mano, giusto nel caso. (qualcosa fruscia nel contenitore) (cicalio errato suona) Ma ecco perché la biochimica è la mia preferita. Sfidami, George. Gli enzimi catalizzano le reazioni abbassando l'energia di attivazione, e c'è un enzima che catalizza la decomposizione dell'amido. Amilasi. L'amilasi porta quella reazione che avviene a 233 gradi Celsius e fa sì che avvenga intorno ai 65-75 gradi Celsius, il che è molto più ragionevole. In realtà, la tua saliva contiene molta amilasi per rompere gli amidi nel cibo. Quindi cosa farò è prendere questo pezzo di carta e lo leccherò, no, non lo farò. Non farò quello. Invece, prenderò questa amilasi che ho ordinato su internet e aggiungerò mezzo cucchiaino per gallone d'acqua e farò bollire la nostra carta in essa a circa 70 gradi Celsius o 158 gradi Fahrenheit. L'amilasi scompone le catene di amido in zuccheri più piccoli come maltosio e glucosio. Ci sono bolle che si formano in superficie, e mi chiedo se quelle bolle siano come, piccoli, zuccherini, intendo che sicuramente è perché l'acqua si sta riscaldando, ma forse stiamo effettivamente scomponendo un po' di amido in zuccheri lì. Eh, no. Forse ha funzionato un po'. No. (cicalio errato suona) Anche il lievito crea e utilizza amilasi, quindi se vuoi farlo in un modo molto più puzzolente, puoi provare anche quello. (cicalio errato suona) In alternativa, potremmo provare a bloccare l'interazione dello iodio con l'amido anziché scomporlo. Ora, potremmo provare a farlo fisicamente con qualcosa di idrofobico, come la lacca per capelli. (l'acqua di una lacca per capelli schizza) Oh-ho-ho-ho, questo non ha funzionato affatto. Ha quasi reso la reazione più veloce. La lacca per capelli è un no. (cicalio errato suona) Oppure potresti provare la vitamina C. La vitamina C, nota anche come acido ascorbico, riduce lo iodio in ioni ioduro, che sono essenzialmente incolore in soluzione. Quindi otteniamo I2, 2I meno. Questi idrogeni saltano qui. Riduzione, chimica. Quindi possiamo spruzzare un po' di vitamina C disciolta in acqua sulla nostra carta, lasciarla asciugare e poi provare la penna. Woo. La vitamina C ha funzionato. (cicalio corretto suona) Non puoi prendermi ora, zecca governativa. Ora, questo è come funziona la classica reazione dell'orologio allo iodio, e in realtà non ho mai fatto questo esperimento prima, e sembra davvero bello, quindi lo faremo. Non ho inventato questa versione della reazione dell'orologio allo iodio, sto seguendo la versione di Nile Red, perché non l'ho mai fatta prima e ho pensato che questa sembrasse buona. Quindi grazie, Nigel. Riconoscimento del merito dovuto. In un becher abbiamo acqua, iodio e vitamina C. È incolore perché quella vitamina C significa che abbiamo ioni di ioduro. Nell'altro becher abbiamo acqua, perossido di idrogeno e il nostro vecchio amico, l'amido. Se mischiamo i due liquidi incolore insieme, inizialmente rimangono incolore, ma poi pam. Penso che la mia concentrazione di iodio sia un po' troppo bassa. (bip tono allegro) (musica sottile nota) Oh, l'altro, quello fuori campo, appena si è colorato. C'è speranza, c'è speranza, c'è speranza. (l'insegnante ride) Pam, diventano un liquido scuro. Questo perché qui avvengono più reazioni. Il perossido di idrogeno trasforma gli ioni di ioduro nuovamente in I2 o iodio, ma finché c'è vitamina C, lo iodio continua a essere ridotto a ioduro.

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.