The chemistry of cold packs - John Pollard

¿Cómo las compresas frías se enfrían tan rápido? - John Pollard

Traductor: Sebastian Betti Revisor: Jenny Lam-Chowdhury

So you just strained a muscle and the inflammation is unbearable.

Te lastimaste un músculo y la inflamación es insoportable.

You wish you had something ice-cold to dull the pain,

Te gustaría tener algo helado para aliviar el dolor,

but to use an ice pack, you would have had to put it in the freezer hours ago.

pero para eso tendrías que haberlo puesto en el congelador hace horas.

Fortunately, there's another option.

Afortunadamente, hay otra opción.

A cold pack can be left at room temperature until the moment you need it,

Una compresa fría puede estar a temperatura ambiente

hasta que la necesites,

then just snap it as instructed and within seconds you'll feel the chill.

luego sigues las instrucciones y en segundos sentirás el frío.

But how can something go from room temperature to near freezing

Pero ¿cómo pasa de temperatura ambiente a casi congelado

in such a short time?

en tan poco tiempo?

The answer lies in chemistry.

La respuesta está en la química.

Your cold pack contains water and a solid compound,

La compresa fría tiene agua y un compuesto sólido,

usually ammonium nitrate, in different compartments separated by a barrier.

por lo general nitrato de amonio en compartimentos separados.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Cuando se rompe la barrera, el sólido se disuelve

causing what's known as an endothermic reaction,

causando lo que se conoce como reacción endotérmica,

one that absorbs heat from its surroundings.

que absorbe calor de su entorno.

To understand how this works,

Para entender cómo funciona,

we need to look at the two driving forces behind chemical processes:

tenemos que analizar 2 fuerzas que gobiernan los procesos químicos:

energetics and entropy.

la energética y la entropía.

These determine whether a change occurs in a system and how energy flows if it does.

Ambas determinan si hay cambio en un sistema

y cómo fluye la energía, si lo hace.

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

En química, la energética se ocupa de las fuerzas de atracción y repulsión

between particles at the molecular level.

entre partículas a nivel molecular.

This scale is so small that there are more water molecules in a single glass

Esta escala es tan pequeña que hay más moléculas de agua en un solo vaso

than there are known stars in the universe.

que estrellas conocidas en el universo.

And all of these trillions of molecules are

Y todos estos billones de moléculas

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

están en continuo movimiento, vibrando, rotando a diferentes velocidades.

We can think of temperature as a measurement of the average motion,

Podemos pensar la temperatura como la medida del movimiento promedio,

or kinetic energy, of all these particles,

o energía cinética, de estas partículas,

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

y que un aumento del movimiento implica un aumento en la temperatura,

and vice versa.

y viceversa.

The flow of heat in any chemical transformation

El flujo de calor en cualquier transformación química

depends on the relative strength of particle interactions

depende de la fuerza relativa de las interacciones de partículas

in each of a substance's chemical states.

en cada uno de los estados químicos de una sustancia.

When particles have a strong mutual attractive force,

Cuando las partículas tienen una fuerte fuerza mutua de atracción,

they move rapidly towards one another, until they get so close,

se mueven rápidamente unas hacia otras,

that repulsive forces push them away.

hasta que se acercan tanto que las fuerzas repulsivas las alejan.

If the initial attraction was strong enough,

Si la atracción inicial fue lo suficientemente fuerte,

the particles will keep vibrating back and forth in this way.

las partículas seguirán vibrando con vaivenes de esta forma.

The stronger the attraction, the faster their movement,

Cuanto más fuerte la atracción, más rápido el movimiento,

and since heat is essentially motion,

y como el calor es en esencia movimiento,

when a substance changes to a state in which these interactions are stronger,

cuando una sustancia cambia a un estado

en el que estas interacciones son más fuertes, el sistema se calienta.

the system heats up.

But our cold packs do the opposite,

Pero las compresas frías hacen lo opuesto,

which means that when the solid dissolves in the water,

o sea, cuando el sólido se disuelve en agua,

the new interactions of solid particles and water molecules with each other

las nuevas interacciones de partículas sólidas y moléculas de agua

are weaker than the separate interactions that existed before.

son más débiles que las interacciones separadas que existían antes.

This makes both types of particles slow down on average,

Esto hace que ambos tipos de partículas reduzcan la velocidad promedio,

cooling the whole solution.

enfriando toda la solución.

But why would a substance change to a state where the interactions were weaker?

Pero ¿por qué cambiaría una sustancia a un estado con interacciones más débiles?

Wouldn't the stronger preexisting interactions keep the solid from dissolving?

Las interacciones más fuertes preexistentes ¿no evitarían la disolución?

This is where entropy comes in.

Aquí entra en juego la entropía.

Entropy basically describes how objects and energy

La entropía describe básicamente cómo objetos y energía

are distributed based on random motion.

se distribuyen con base en movimiento aleatorio.

If you think of the air in a room, there are many different possible arrangements

Pensemos en el aire de una habitación, y los muchos diferentes arreglos posibles

for the trillions of particles that compose it.

de la infinidad de partículas que lo componen.

Some of these will have all the oxygen molecules in one area,

Algunas tendrán todas las moléculas de oxígeno en un área,

and all the nitrogen molecules in another.

y todas las moléculas de nitrógeno en otra.

But far more will have them mixed together,

Pero muchas más las tendrán mezcladas entre sí,

which is why air is always found in this state.

por eso el aire siempre se encuentra en este estado.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Si hay fuertes fuerzas de atracción entre partículas,

the probability of some configurations can change

la probabilidad de algunas configuraciones puede cambiar

even to the point where the odds don't favor certain substances mixing.

e incluso no favorecer la mezcla de determinadas sustancias.

Oil and water not mixing is an example.

Un ejemplo de eso son el agua y el aceite.

But in the case of the ammonium nitrate, or other substance in your cold pack,

Pero en el caso del nitrato de amonio, u otra sustancia de la compresa fría,

the attractive forces are not strong enough to change the odds,

las fuerzas de atracción no son tan fuertes

como para cambiar las probabilidades,

and random motion makes the particles composing the solid separate

y el movimiento aleatorio hace

que las partículas que componen el sólido separado,

by dissolving into the water and never returning to their solid state.

al disolverse en el agua, nunca vuelvan a su estado sólido.

To put it simply, your cold pack gets cold because random motion

En pocas palabras, la compresa fría se enfría porque el movimiento aleatorio

creates more configurations where the solid and water mix together

crea más configuraciones en las que sólidos y agua se mezclan

and all of these have even weaker particle interaction,

y estas tienen interacciones aún más débiles de partículas,

menos movimiento global de partículas,

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

y menos calor que dentro de la compresa no usada.

Así, mientras que el trastorno que puede resultar de la entropía

So while the disorder that can result from entropy

may have caused your injury in the first place,

puede haber causado una lesión en un principio,

its also responsible for that comforting cold that soothes your pain.

también es responsable del frío reconfortante que alivia el dolor.