The chemistry of cold packs - John Pollard

Como as compressas geladas ficam geladas tão rápido? - John Pollard

Tradutor: Leonardo Silva Revisor: Wanderley Jesus

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

Você acaba de distender um músculo e a inflamação é insuportável.

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

Você adoraria ter algo gelado para aliviar a dor,

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

mas para usar uma compressa gelada, ela devia estar no freezer horas antes.

Fortunately, there's another option.

Felizmente, há uma alternativa.

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

Uma compressa gelada pode ser deixada em temperatura ambiente até ser usada.

Então, estale-a como instruído e, em segundos, você vai sentir o frio.

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

Mas como algo pode passar da temperatura ambiente à quase gelado

in such a short time?

em tão pouco tempo?

The answer lies in chemistry.

A resposta está na química.

Your cold pack contains water and a solid compound,

Sua compressa gelada contém água e um composto sólido,

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

normalmente nitrato de amônia, em compartimentos distintos, separados.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Quando a separação se quebra, o sólido se dissolve,

causing what's known as an endothermic reaction,

causando o que chamamos de reação endotérmica,

one that absorbs heat from its surroundings.

absorvendo calor do ambiente.

To understand how this works,

Para entender como funciona,

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

precisamos analisar as duas forças por trás dos processos químicos:

energetics and entropy.

a energética e a entropia,

que determinam se uma mudança ocorre num sistema e como a energia flui, se ocorrer.

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

Na química, a energética trata das forças de atração e repulsão

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

between particles at the molecular level.

entre partículas da molécula.

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

A escala é tão pequena que há mais moléculas de água em um único copo

do que estrelas conhecidas no universo.

than there are known stars in the universe.

And all of these trillions of molecules are

E todos estes trilhões de moléculas

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

estão em constante movimento, vibrando e girando em ritmos diferentes.

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

Podemos pensar em temperatura como a média de movimento

or kinetic energy, of all these particles,

ou de energia cinética, de todas essas partículas,

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

ocorrendo o aumento de temperatura quando ocorre aumento de movimento,

and vice versa.

e vice-versa.

The flow of heat in any chemical transformation

O fluxo de calor em qualquer transformação química

depends on the relative strength of particle interactions

depende da força relativa das interações entre partículas

in each of a substance's chemical states.

em cada um dos estados químicos de uma substância.

When particles have a strong mutual attractive force,

Quando as partículas têm uma grande força de atração mútua,

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

se movem uma contra a outra rapidamente, até ficarem tão próximas

that repulsive forces push them away.

que forças de repulsão as afastam.

If the initial attraction was strong enough,

Se a atração inicial for forte o bastante,

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

as partículas continuarão vibrando para lá e para cá, assim.

Quanto mais forte a atração, mas rápido se movem,

The stronger the attraction, the faster their movement,

and since heat is essentially motion,

e já que o calor é essencialmente movimento,

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

quando uma substância passa a um estado em que as interações são mais fortes,

the system heats up.

o sistema se aquece.

Mas nossas compressas geladas fazem o oposto,

But our cold packs do the opposite,

which means that when the solid dissolves in the water,

ou seja, quando o sólido se dissolve na água,

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

as novas interações entre as partículas sólidas e as moléculas de água

are weaker than the separate interactions that existed before.

são mais fracas que as interações separadas que existiam antes.

This makes both types of particles slow down on average,

Isto faz com que ambos os tipos de partículas desacelerem em média,

cooling the whole solution.

resfriando toda a solução.

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

Mas por que uma substância passaria a um estado

em que as interações são mais fracas?

As interações mais fortes e preexistentes não evitariam que o sólido se dissolvesse?

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

É aí que entra a entropia.

This is where entropy comes in.

Basicamente, a entropia descreve como os objetos e a energia

Entropy basically describes how objects and energy

are distributed based on random motion.

são distribuídos, com base em movimento aleatório.

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

Se pensarmos no ar em uma sala, há diversos arranjos possíveis

for the trillions of particles that compose it.

para os trilhões de partículas que o compõem.

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

Alguns dos arranjos terão todas as moléculas de oxigênio num local

and all the nitrogen molecules in another.

e todas as moléculas de nitrogênio em outro.

But far more will have them mixed together,

Mas a maioria terá as moléculas misturadas,

which is why air is always found in this state.

razão pela qual o ar sempre se encontra nesse estado.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Mas se houver grandes forças de atração entre as partículas,

the probability of some configurations can change

a probabilidade de algumas configurações pode mudar

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

até a ponto de as possibilidades

não favorecerem a mistura de certas substâncias.

Oil and water not mixing is an example.

A separação entre água e óleo é um exemplo.

Mas no caso do nitrato de amônia ou de outra substância em sua compressa,

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

as forças de atração não são grandes o suficiente para mudar probabilidades,

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

and random motion makes the particles composing the solid separate

e o movimento aleatório faz com que as partículas que compõem o sólido se separem

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

e se dissolvam na água, jamais voltando a seu estado sólido.

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

Para entender melhor, sua compressa fica gelada, pois o movimento aleatório

creates more configurations where the solid and water mix together

cria mais configurações em que o sólido e a água se misturam

and all of these have even weaker particle interaction,

e todas elas têm interações ainda mais fracas entre partículas,

menos movimento em geral de partículas

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

e menos calor do que havia antes na compressa.

Embora a desordem que pode resultar da entropia

So while the disorder that can result from entropy

possa ter causado inicialmente sua lesão,

may have caused your injury in the first place,

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

ela também é responsável pela sensação gelada confortante que alivia sua dor.