The chemistry of cold packs - John Pollard

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

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

Tivemos uma distensão muscular e a inflamação é insuportável.

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

Bem queríamos ter gelo para atenuar a dor

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

mas para isso, devíamos ter posto água no congelador, horas antes.

Fortunately, there's another option.

Felizmente, há outra opção.

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

Uma bolsa de frio pode estar à temperatura ambiente

até ao momento de precisarmos dela.

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

Depois, basta parti-la conforme as instruções

para sentir o frio, segundos depois.

But how can something go from room temperature to near freezing

Como é possível uma coisa passar da temperatura ambiente

para o ponto de congelação em tão pouco tempo?

in such a short time?

The answer lies in chemistry.

A resposta está na química.

Your cold pack contains water and a solid compound,

Uma bolsa de frio contém água e um composto sólido,

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

habitualmente nitrato de amónia,

em compartimentos diferentes separados por uma barreira.

When the barrier is broken, the solid dissolves

Quando a barreira se parte, o sólido dissolve-se,

causing what's known as an endothermic reaction,

provocando uma reação endotérmica,

one that absorbs heat from its surroundings.

uma reação que absorve o calor à sua volta.

To understand how this works,

Para perceber como isto funciona,

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

é preciso observar as duas forças motrizes por detrás dos processos químicos:

energetics and entropy.

a energética e a entropia.

São elas que determinam se ocorre uma mudança num sistema

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

e, caso ocorra, como flui a energia.

Na química, a energética trata das forças atrativas e repulsivas

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

between particles at the molecular level.

entre partículas a nível molecular.

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

Esta escala é tão pequena que há mais moléculas de água num copo

do que as estrelas que se conhecem no universo.

than there are known stars in the universe.

And all of these trillions of molecules are

Todos estes biliões de moléculas estão em constante movimento,

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

vibrando e girando a diversos ritmos.

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

A temperatura pode ser uma medida da quantidade do movimento médio,

or kinetic energy, of all these particles,

ou emergia cinética de todas essas partículas,

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

em que um aumento no movimento significa um aumento na temperatura

and vice versa.

e vice-versa.

The flow of heat in any chemical transformation

O fluxo do calor em qualquer transformação química

depends on the relative strength of particle interactions

depende da força relativa das interações das 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 forte força atrativa mútua,

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

movem-se rapidamente na direção umas das outras, até estarem tão próximas

that repulsive forces push them away.

que as forças repulsivas as afastam.

If the initial attraction was strong enough,

Se a atração inicial for suficientemente forte,

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

as partículas mantêm-se a vibrar para a frente e para trás, deste modo.

The stronger the attraction, the faster their movement,

Quanto maior for a atração, mais rápido será o seu movimento

and since heat is essentially motion,

e, como o calor é essencialmente movimento,

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

quando uma substância muda para um estado em que essas interações são mais fortes,

the system heats up.

o sistema aquece.

But our cold packs do the opposite,

Mas as nossas bolsas de frio fazem o oposto.

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 das partículas sólidas com as moléculas de água

are weaker than the separate interactions that existed before.

são mais fracas do que as interações separadas que existiam antes.

This makes both types of particles slow down on average,

Isso faz abrandar os dois tipos de partículas,

cooling the whole solution.

arrefecendo toda a solução.

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

Mas porque é que uma substância muda para um estado

em que as interações são mais fracas?

As interações mais fortes que existiam

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

não deviam impedir o sólido de se dissolver?

This is where entropy comes in.

É aí que entra a entropia.

Entropy basically describes how objects and energy

A entropia descreve basicamente como os objetos e a energia

are distributed based on random motion.

se distribuem, com base no movimento aleatório.

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

Se pensarmos no ar duma sala, há muitas formas possíveis

de os triliões de partículas que o formam se poderem organizar.

for the trillions of particles that compose it.

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

Algumas delas terão todas as moléculas de oxigénio numa área,

and all the nitrogen molecules in another.

e todas as moléculas de azoto noutra.

But far more will have them mixed together,

Mas a maioria tê-las-á todas misturadas,

which is why air is always found in this state.

e é por isso que o ar se encontra sempre neste estado.

Now, if there are strong attractive forces between particles,

Se houver fortes forças atrativas entre as partículas,

the probability of some configurations can change

pode mudar a probabilidade de algumas configurações

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

até ao ponto em que as probabilidades

não favoreçam certas misturas de substâncias.

Oil and water not mixing is an example.

O óleo e a água, por exemplo, mão se misturam.

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

Mas, no caso do nitrato de amónia ou de outras substâncias na bolsa de frio,

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

o poder das forças atrativas não chega para alterar as probabilidades,

and random motion makes the particles composing the solid separate

e o movimento aleatório separa as partículas que compõem o sólido

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

dissolvendo-se na água e nunca mais voltando ao seu estado sólido.

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

Para simplificar, a bolsa de frio fica fria porque o movimento aleatório

creates more configurations where the solid and water mix together

cria mais configurações onde o sólido e a água se misturam

and all of these have even weaker particle interaction,

e todas elas têm uma interação de partículas ainda mais fraca,

menor movimento genérico de partículas

less overall particle movement,

and less heat than there was inside the unused pack.

e menos calor do que quando estavam dentro da bolsa, antes de ser utilizada.

So while the disorder that can result from entropy

Embora a desordem que pode resultar da entropia

may have caused your injury in the first place,

possa ter sido a causa da nossa lesão,

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

também é responsável pelo frio reconfortante que atenua a nossa dor.