The chemistry of cold packs - John Pollard

Come può il ghiaccio istantaneo raffreddarsi così velocemente? - John Pollard

Traduttore: giulia gazzaniga Revisore: Rossana Podda

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

Vi siete appena stirati un muscolo e l'infiammazione è insopportabile.

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

Sperate di avere qualcosa di ghiacciato per alleviare il dolore,

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

ma la borsa del ghiaccio, avreste dovuto congelarla ore prima.

Per fortuna, c'è un'altra soluzione.

Fortunately, there's another option.

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

Il ghiaccio istantaneo può restare a temperatura ambiente fino all'utilizzo,

poi si spezza come indicato e in pochi secondi avvertirete il freddo.

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

Ma come può qualcosa a temperatura ambiente ghiacciarsi

in such a short time?

in così poco tempo?

The answer lies in chemistry.

La risposta sta nella chimica.

Your cold pack contains water and a solid compound,

Il vostro ghiaccio istantaneo contiene acqua e un composto solido,

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

di solito nitrato di ammonio, in scomparti separati da una barriera.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Quando la barriera si rompe, il solido si dissolve

causing what's known as an endothermic reaction,

provocando quella nota come reazione endotermica,

one that absorbs heat from its surroundings.

che assorbe calore dall'ambiente circostante.

To understand how this works,

Per capire come funziona,

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

dobbiamo osservare le due forze motrici dietro processi chimici:

energetics and entropy.

l'energetica e l'entropia.

Esse stabiliscono se un sistema cambia e come scorre l'energia se ciò avviene.

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

In chimica, l'energetica concerne le forze attrattive e repulsive

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

between particles at the molecular level.

tra particelle a livello molecolare.

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

La scala è talmente ridotta che vi sono più molecole d'acqua in un bicchiere

che stelle note nell'universo.

than there are known stars in the universe.

E tutti questi trilioni di molecole

And all of these trillions of molecules are

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

si muovono, vibrano e ruotano costantemente a diverse velocità.

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

Pensiamo alla temperatura come una misura del moto medio,

or kinetic energy, of all these particles,

o energia cinetica, di tali particelle,

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

con un aumento del moto che implica un aumento della temperatura,

and vice versa.

e viceversa.

The flow of heat in any chemical transformation

Il flusso di calore in ogni trasformazione chimica

depends on the relative strength of particle interactions

dipende dalla forza relativa delle interazioni tra particelle

in each of a substance's chemical states.

in ogni stato chimico di una sostanza.

When particles have a strong mutual attractive force,

Quando le particelle si attraggono intensamente a vicenda,

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

si muovono con rapidità avvicinandosi a tal punto

that repulsive forces push them away.

che le forze repulsive le allontanano.

If the initial attraction was strong enough,

Se l'attrazione iniziale fosse forte abbastanza,

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

le particelle vibrerebbero avanti e indietro.

Più forte è l'attrazione, più veloce è il loro movimento,

The stronger the attraction, the faster their movement,

e dato che il calore è essenzialmente moto,

and since heat is essentially motion,

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

se una sostanza assume uno stato con interazioni maggiori,

the system heats up.

il sistema si surriscalda.

Il nostro ghiaccio istantaneo fa l'opposto,

But our cold packs do the opposite,

which means that when the solid dissolves in the water,

così quando il solido si dissolve nell'acqua,

le nuove interazioni tra particole solide e molecole d'acqua

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

are weaker than the separate interactions that existed before.

sono più deboli delle interazioni separate preesistenti.

Ciò fa sì che entrambe le particelle rallentino rispetto alla media,

This makes both types of particles slow down on average,

cooling the whole solution.

raffreddando l'intera soluzione.

Ma perché mutare in uno stato con interazioni più deboli?

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

Quelle più forti non dovrebbero evitare che il solido si dissolva?

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

È qui che entra in gioco l'entropia.

This is where entropy comes in.

L'entropia mostra come gli oggetti e l'energia

Entropy basically describes how objects and energy

are distributed based on random motion.

sono distribuiti secondo un moto casuale.

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

Se pensate all'aria in una stanza, ci sono diverse disposizioni possibili

for the trillions of particles that compose it.

per le migliaia di miliardi di particelle che la compongono.

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

Alcune vedranno le molecole di ossigeno da un lato,

and all the nitrogen molecules in another.

e quelle di azoto dall'altro.

But far more will have them mixed together,

Ma la maggior parte le vedrà mescolate insieme,

which is why air is always found in this state.

ed è per questo che l'aria resta sempre in questo stato.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Ora, se vi sono intense forze attrattive tra particelle,

the probability of some configurations can change

la probabilità di certe configurazioni può cambiare

anche quando l'unione di certe sostanze è improbabile.

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

L'acqua e l'olio non si mescolano ad esempio.

Oil and water not mixing is an example.

Ma per il nitrato di ammonio, o altre sostanze nel ghiaccio istantaneo,

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

le forze attrattive non sono forti tanto da cambiare le probabilità,

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

and random motion makes the particles composing the solid separate

e il moto casuale fa sì che le particelle del solido si separino

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

dissolvendosi nell'acqua senza tornare al loro stato solido.

In sintesi, il ghiaccio istantaneo si raffredda perché il moto casuale

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

creates more configurations where the solid and water mix together

crea più disposizioni dove il solido e l'acqua si mescolano

and all of these have even weaker particle interaction,

e tutte loro possiedono interazioni più deboli tra particelle,

un minore moto complessivo di particelle,

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

e meno calore di un nuovo impacco.

Dunque se il disordine dovuto all'entropia

So while the disorder that can result from entropy

può aver causato il vostro infortunio all'inizio,

may have caused your injury in the first place,

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

è anche causa del fresco che vi allevia il dolore.