The chemistry of cold packs - John Pollard

Tłumaczenie: Maria Barć Korekta: Rysia Wand

Męczy cię zapalenie nadwerężonego mięśnia.

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

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

Miło byłoby mieć coś zimnego, żeby zmniejszyć ból,

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

ale zimny kompres trzeba by włożyć do lodówki parę godzin wcześniej.

Fortunately, there's another option.

Na szczęście masz inną opcję.

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

Kompres samochłodzący może leżeć w temperaturze pokojowej,

ale wystarczy go zgnieść i zaraz poczujesz chłód.

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

Jak to możliwe, żeby coś w temperaturze pokojowej

zamarzło tak szybko?

in such a short time?

The answer lies in chemistry.

Odpowiedź zna chemia.

Your cold pack contains water and a solid compound,

Twój kompres ma w środku wodę i proszek,

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

najczęściej azotan amonu, rozdzielone przegrodą.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Kiedy ją przełamać, proszek rozpuszcza się

causing what's known as an endothermic reaction,

w tak zwanym procesie endotermicznym,

one that absorbs heat from its surroundings.

czyli pochłaniającym ciepło z otoczenia.

To understand how this works,

Żeby zrozumieć, jak to się dzieje,

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

trzeba spojrzeć na dwie siły napędzające procesy chemiczne:

energetics and entropy.

przemiany energii i entropię.

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

One decydują, czy w systemie zajdzie zmiana i jak będzie przepływała energia.

Przemiany energii w chemii odzwierciedlają siły przyciągania

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

i odpychania między cząsteczkami.

between particles at the molecular level.

Cząsteczki są tak małe, że szklanka wody zawiera ich więcej

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

than there are known stars in the universe.

niż znamy gwiazd we wszechświecie.

And all of these trillions of molecules are

I każda z tych bilionów cząsteczek

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

bez przerwy się porusza, drga i obraca z rozmaitymi prędkościami.

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

Możemy przedstawić temperaturę

jako miarę średniego ruchu, czyli energii kinetycznej,

or kinetic energy, of all these particles,

tych wszystkich cząsteczek.

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

Ze wzrostem ruchu temperatura rośnie

and vice versa.

i odwrotnie.

The flow of heat in any chemical transformation

Przepływ ciepła w przemianie chemicznej

depends on the relative strength of particle interactions

zależy od siły oddziaływań między cząsteczkami

in each of a substance's chemical states.

w stanie przed i po reakcji.

When particles have a strong mutual attractive force,

Kiedy cząsteczki przyciągają się wzajemnie z dużą siłą,

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

biegną szybko ku sobie, aż zbliżą się na tyle,

that repulsive forces push them away.

że rozdzielą je siły odpychania.

If the initial attraction was strong enough,

Jeśli przyciąga je wystarczająco duża siła

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

cząsteczki będą się zbliżać i oddalać raz po raz.

The stronger the attraction, the faster their movement,

Tym szybciej, im mocniej się przyciągają,

and since heat is essentially motion,

a skoro ciepło to właściwie ruch,

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

kiedy substancja przechodzi w stan, w którym te oddziaływania są większe,

the system heats up.

system się rozgrzewa.

But our cold packs do the opposite,

Ale w kompresie jest odwrotnie,

which means that when the solid dissolves in the water,

to znaczy - kiedy proszek rozpuszcza się w wodzie,

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

oddziaływania cząsteczek proszku z cząsteczkami wody są słabsze,

are weaker than the separate interactions that existed before.

niż uprzednie oddzielne reakcje.

This makes both types of particles slow down on average,

To sprawia, że średnia prędkość obu rodzajów cząsteczek maleje,

cooling the whole solution.

a więc roztwór się schładza.

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

Ale dlaczego substancja miałaby przejść w stan ze słabszymi oddziaływaniami?

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

Czy mocniejsze oddziaływania w czystych substancjach nie zapobiegną wymieszaniu?

This is where entropy comes in.

Tutaj wkracza entropia.

Entropy basically describes how objects and energy

Entropia opisuje rozprzestrzenianie się

are distributed based on random motion.

ciał i energii w oparciu o przypadkowy ruch.

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

Biliony cząsteczek, z których składa się powietrze w pokoju,

for the trillions of particles that compose it.

mogą być rozłożone na wiele sposobów.

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

W niektórych wszystkie cząsteczki tlenu zbiorą się w jednym miejscu,

and all the nitrogen molecules in another.

a wszystkie cząsteczki azotu - w drugim.

But far more will have them mixed together,

Ale jest znacznie więcej układów, w których są wymieszane.

which is why air is always found in this state.

Dlatego powietrze zawsze jest mieszaniną.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Silne oddziaływania między cząsteczkami

the probability of some configurations can change

mogą zmienić prawdopodobieństwo zaistnienia pewnych układów,

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

czasem tak bardzo, że niektóre substancje nie chcą się mieszać.

Oil and water not mixing is an example.

Na przykład olej z wodą.

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

Ale w przypadku azotanu amonu i innych substancji używanych w kompresach

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

siły przyciągania nie są na tyle duże, żeby zmienić prawdopodobieństwo

and random motion makes the particles composing the solid separate

i przypadkowy ruch cząsteczek rozdziela je,

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

przeprowadza do roztworu i nie pozwala zbić się z powrotem w stałą grudkę.

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

Mówiąc prościej, kompres schładza się sam,

bo przypadkowy ruch wytwarza więcej stanów,

creates more configurations where the solid and water mix together

w których proszek i woda są zmieszane,

and all of these have even weaker particle interaction,

co daje jeszcze słabsze oddziaływanie międzycząsteczkowe,

mniej ruchu

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

i mniej ciepła niż w nowym kompresie.

So while the disorder that can result from entropy

Chociaż to entropia mogła spowodować

may have caused your injury in the first place,

twoją kontuzję,

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

to właśnie ona dostarcza tego przyjemnego zimna, które koi ból.