The chemistry of cold packs - John Pollard

Comment les cryosacs se refroidissent-ils aussi vite ? - John Pollard

Traducteur: Marie Haupt Relecteur: Elisabeth Buffard

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

Vous venez de vous froisser un muscle et l'inflammation est insupportable.

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

Vous aimeriez avoir de la glace pour atténuer la douleur,

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

mais pour ça, vous auriez dû mettre la poche de glace au congélateur avant.

Fortunately, there's another option.

Heureusement, il existe une autre option.

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

Un cryosac peut être laissé à température ambiante jusqu'à utilisation,

il suffit alors de le craquer pour sentir le frais en quelques secondes.

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

But how can something go from room temperature to near freezing

Mais comment un produit passe-t-il de la température ambiante à glaciale

in such a short time?

en aussi peu de temps ?

The answer lies in chemistry.

La réponse est dans la chimie.

Your cold pack contains water and a solid compound,

Votre cryosac contient de l'eau et un composant solide,

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

habituellement du nitrate d'ammonium, dans différents compartiments séparés.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Lorsque la séparation est brisée, le solide se dissout

causing what's known as an endothermic reaction,

provoquant ce qu'on appelle une réaction endothermique,

one that absorbs heat from its surroundings.

qui absorbe la chaleur de ce qui l'entoure.

To understand how this works,

Pour comprendre comment ça fonctionne,

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

on s'intéresse aux deux forces motrices derrière le procédé chimique :

energetics and entropy.

l'énergétique et l'entropie.

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

Ça détermine si un changement se produit et si oui, comment l'énergie se répand.

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

En chimie, l'énergétique implique les forces attractives et répulsives

between particles at the molecular level.

entre les particules au niveau moléculaire.

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

Cette échelle est si petite qu'il y a plus de molécules d'eau dans un seul verre

than there are known stars in the universe.

que d'étoiles connues dans l'univers.

And all of these trillions of molecules are

Et ces milliers de milliards de molécules

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

bougent, vibrent et tournent en permanence à différentes vitesses.

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

La température peut être une mesure de la quantité de mouvement moyenne,

or kinetic energy, of all these particles,

aussi appelée énergie cinétique, des particules.

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

Si le mouvement augmente, alors la température aussi,

and vice versa.

et vice versa.

The flow of heat in any chemical transformation

Le flux de chaleur de chaque transformation chimique

depends on the relative strength of particle interactions

dépend de la force relative des interactions des particules

in each of a substance's chemical states.

dans chacun des états chimiques de la substance.

When particles have a strong mutual attractive force,

Quand des particules ont une force d'attraction mutuelle forte,

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

elles se déplacent l'une vers l'autre, jusqu'à être si proches,

that repulsive forces push them away.

que les forces répulsives les repoussent.

If the initial attraction was strong enough,

Si l'attraction initiale était suffisamment forte,

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

les particules vont continuer de faire des va-et-vient ainsi.

The stronger the attraction, the faster their movement,

Plus l'attraction est grande, plus le mouvement est rapide,

and since heat is essentially motion,

et puisque la chaleur est essentiellement un mouvement,

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

quand une substance évolue vers un état où les interactions sont plus fortes,

the system heats up.

le système s'échauffe.

But our cold packs do the opposite,

Mais nos cryosacs font le contraire,

which means that when the solid dissolves in the water,

donc quand le solide se dissout dans l'eau,

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

les interactions des particules solides avec les molécules d'eau

are weaker than the separate interactions that existed before.

sont plus faibles que les interactions qui existaient avant séparément.

This makes both types of particles slow down on average,

Ça ralentit les deux types de particules en moyenne,

cooling the whole solution.

et refroidit la solution complète.

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

Mais pourquoi changer vers un état où les interactions sont plus faibles ?

Pourquoi les interactions fortes n'empêchent pas le solide de se dissoudre?

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

This is where entropy comes in.

C'est là que l'entropie entre en jeu.

Entropy basically describes how objects and energy

L'entropie décrit comment les objets et l'énergie

are distributed based on random motion.

sont distribués en fonction du mouvement aléatoire.

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

Si vous considérez l'air d'une pièce, il y a énormément d'arrangements possibles

for the trillions of particles that compose it.

pour les milliers de milliards de particules en lui.

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

Quelques-uns auront toutes les molécules d'oxygène dans un coin,

and all the nitrogen molecules in another.

et toutes celles d'azote dans un autre.

But far more will have them mixed together,

Mais beaucoup plus auront tout mélangé,

which is why air is always found in this state.

et c'est pourquoi l'air est toujours dans cet état.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Mais s'il y a des forces attractives fortes entre les particules,

the probability of some configurations can change

la probabilité de certaines configurations peut changer

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

et les probabilités ne favorisent plus certains mélanges de substances.

Oil and water not mixing is an example.

On peut prendre l'exemple de l'huile et de l'eau.

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

Mais dans le cas du nitrate d'ammonium, ou d'une autre substance de votre cryosac,

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

les forces attractives ne suffisent pas à changer les probabilités,

and random motion makes the particles composing the solid separate

et le mouvement aléatoire sépare les particules du solide

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

en les dissolvant dans l'eau et en les empêchant de retourner à l'état solide.

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

Pour résumer, votre cryosac se refroidit parce que le mouvement aléatoire

creates more configurations where the solid and water mix together

créé plus de configurations où le solide et l'eau se mélangent

and all of these have even weaker particle interaction,

et elles ont toutes de plus faibles interactions entre particules,

un plus faible mouvement des particules,

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

et moins de chaleur que dans le cryosac non utilisé.

So while the disorder that can result from entropy

Donc si le désordre créé par l'entropie

may have caused your injury in the first place,

a peut-être causé votre blessure du début,

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

elle est aussi là pour créer la fraicheur qui atténue votre douleur.