The chemistry of cold packs - John Pollard

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Tal Dekkers

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

אז מתחתם שריר והדלקת בלתי נסבלת.

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

אתם מאחלים לעצמכם משהו קר כמו קרח כדי להקהות את הכאב,

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

אבל כדי להשתמש בשקית קרח, הייתם צריכים לשים אותה במקפיא לפני כמה שעות.

Fortunately, there's another option.

למרבה המזל, יש פתרון אחר.

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

שקית קור יכולה להשאר בטמפרטורת החדר עד הרגע שצריך אותה,

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

אז פשוט מקפלים אותה כמו בהוראות ותוך שניות אתם מרגישים את הקור.

But how can something go from room temperature to near freezing

אבל איך משהו יכול לעבור מטמפרטורת החדר לכמעט קפיאה

in such a short time?

בזמן קצר כל כך?

The answer lies in chemistry.

התשובה טמונה בכימיה.

Your cold pack contains water and a solid compound,

שקית הקור שלכם מכילה מים ותרכובת מוצקה,

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

בדרך כלל אמוניום ניטרט, בתאים שונים שמופרדים על ידי חציצה.

When the barrier is broken, the solid dissolves

כשהחציצה נשברת, המוצק מתמוסס

causing what's known as an endothermic reaction,

וגורם למה שידוע כתגובה אנדותרמית,

one that absorbs heat from its surroundings.

בה היא קולטת חום מהסביבה.

To understand how this works,

כדי להבין איך זה עובד,

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

אנחנו צריכים להביט בשני הכוחות המניעים מאחורי התהליך הכימי:

energetics and entropy.

אנרגטיקה ואנטרופיה.

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

אלה קובעים אם שינוי מתרחש במערכת ואיך אנרגיה זורמת אם הוא מתרחש.

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

בכימיה, אנרגטיקה מטפלת בכוחות משיכה ודחיה

between particles at the molecular level.

בין חלקיקים ברמה המולקולרית.

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

קנה המידה הזה כל כך קטן שיש יותר מולקולות מים בכוס אחת

than there are known stars in the universe.

משיש כוכבים ידועים ביקום.

And all of these trillions of molecules are

וכל טריליוני המולקולות האלה

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

נעות ללא הפסק, רוטטות ומסתובבות בקצבים שונים.

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

אנחנו יכולים לחשוב על טמפרטורה כמידה של התנועה הממוצעת,

or kinetic energy, of all these particles,

או אנרגיה קינטית, של כל החלקיקים האלה,

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

עם עליה בתנועה שמשמעה עליה בטמפרטורה,

and vice versa.

ולהפך.

The flow of heat in any chemical transformation

זרימת החום בכל שינוי כימי

depends on the relative strength of particle interactions

תלויה בכוח היחסי של תגובות החלקיקים

in each of a substance's chemical states.

בכל מצב כימי של חומר.

When particles have a strong mutual attractive force,

כשלחלקיקים יש כוח משיכה הדדי חזק,

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

הם נעים במהירות אחד כלפי השני, עד שהם מתקרבים כל כך,

that repulsive forces push them away.

שכוחות הדחיה דוחפים אותם אחד מהשני.

If the initial attraction was strong enough,

אם המשיכה הראשונית היתה חזקה מספיק,

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

החלקיקים ימשיכו לרטוט קדימה ואחורה בדרך זו.

The stronger the attraction, the faster their movement,

ככל שהמשיכה חזקה יותר, התנועה תהיה מהירה יותר,

and since heat is essentially motion,

ומאחר וחום הוא עקרונית תנועה,

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

כשחומר משתנה למצב בו התגובות האלה חזקות יותר,

the system heats up.

המערכת מתחממת.

But our cold packs do the opposite,

אבל שקיות הקור שלנו עושות ההפך,

which means that when the solid dissolves in the water,

מה שאומר שכשהמוצק מתמוסס במים,

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

התגובות החדשות של חלקיקי מוצק ומולקולות מים אחד עם השני

are weaker than the separate interactions that existed before.

חלשות יותר מהתגובות הנפרדות שהתקיימו קודם לכן.

This makes both types of particles slow down on average,

זה גורם לשני סוגי החלקיקים להאט בממוצע,

cooling the whole solution.

ומקרר את כל התמיסה.

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

אבל למה שחומר ישתנה למצב בו התגובות חלשות יותר?

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

האם התגובות הקיימות החזקות יותר לא ימנעו מהמוצק להתמוסס?

This is where entropy comes in.

לפה נכנסת האנטרופיה.

Entropy basically describes how objects and energy

אנטרופיה בעיקרון מתארת איך עצמים ואנרגיה

are distributed based on random motion.

מחולקים בהתבסס על תנועה אקראית.

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

אם אתם חושבים על האוויר בחדר, יש המון סידורים אפשריים

for the trillions of particles that compose it.

לטריליוני החלקיקים שמרכיבים אותו.

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

בכמה מאלה כל מולקולות החמצן יהיו באזור אחד,

and all the nitrogen molecules in another.

וכל מולקולות החנקן יהיו באחר.

But far more will have them mixed together,

אבל בהרבה יותר הם יהיו מעורבבים,

which is why air is always found in this state.

לכן אוויר תמיד נמצא במצב הזה.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

עכשיו, אם יש כוחות משיכה חזקים בין החלקיקים,

the probability of some configurations can change

ההסתברות של כמה סידורים יכולה להשתנות

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

אפילו לנקודה בה הסיכויים לא מעדיפים ערוב של חומרים מסויימים.

Oil and water not mixing is an example.

שמן ומים לא מתערבבים לדוגמה.

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

אבל במקרה של האמוניום ניטרט, או חומרים אחרים בשקית הקור שלכם,

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

כוחות המשיכה לא חזקים מספיק לשנות את הסיכויים,

and random motion makes the particles composing the solid separate

ותנועה אקראית גורמת לחלקיקים שמרכיבים את המוצק להפרד

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

על ידי התמוססות לתוך המים ולעולם לא לחזור למצב המוצק שלהם.

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

בפשטות, שקיות הקור שלכם מתקררות בגלל שתנועה אקראית

creates more configurations where the solid and water mix together

יוצרת יותר מצבים בהם המוצק והמים מתערבבים

and all of these have even weaker particle interaction,

ולכל אלה יש אפילו תגובות חלקיקים חלשות יותר,

less overall particle movement,

פחות תנועת חלקיקים בסך הכל,

and less heat than there was inside the unused pack.

ופחות חום משהיה בתוך החבילה לפני השימוש.

So while the disorder that can result from entropy

אז בעוד חוסר הסדר שיכול להווצר מאנטרופיה

may have caused your injury in the first place,

היה יכול לגרום לפציעה שלכם מראש,

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

הוא גם אחראי לקור המנחם הזה שמרגיע את הכאב.