WEBVTT

00:00:08.597 --> 00:00:13.789
あなたは筋肉を痛めてしまい
炎症による激痛に耐えかねています

00:00:13.789 --> 00:00:16.807
痛みを和らげるために
何か冷たいものがあればと思います

00:00:16.807 --> 00:00:21.305
でもアイスパックを使うためには何時間も前に
冷凍庫に入れておく必要がありました

00:00:21.305 --> 00:00:23.420
幸運なことに別の方法があります

00:00:23.420 --> 00:00:28.057
冷却パックは必要になるまで
常温で保存することができて

00:00:28.057 --> 00:00:33.834
使用法に従いパックを割ると
わずか数秒でひんやりしてきます

00:00:33.834 --> 00:00:37.141
でも どうやったら
そんなに短い時間で温度が

00:00:37.141 --> 00:00:38.927
常温から氷結温度近くまで
下がるのでしょう？

00:00:38.927 --> 00:00:41.434
その答えは化学にあります

00:00:41.434 --> 00:00:44.404
冷却パックには水と固体の物質―

00:00:44.404 --> 00:00:49.657
ふつうは硝酸アンモニウム ― が
壁を隔てて個別に収納されています

00:00:49.657 --> 00:00:52.588
分離していた壁が壊れると
固体が水に溶け

00:00:52.588 --> 00:00:55.644
吸熱反応という化学反応が起き

00:00:55.644 --> 00:00:58.521
周りから熱を吸収します

00:00:58.521 --> 00:01:00.598
この現象を理解するには

00:01:00.598 --> 00:01:04.538
化学反応の背後にある
２つの仕組みを理解しなければなりません

00:01:04.538 --> 00:01:07.186
エネルギー論とエントロピーです

00:01:07.186 --> 00:01:13.027
これらが系の変化や
エネルギーの流れを決定づけます

00:01:13.027 --> 00:01:17.380
化学において エネルギー論は
分子レベルでの粒子の

00:01:17.380 --> 00:01:20.317
引力と斥力を扱います

00:01:20.317 --> 00:01:26.184
尺度がとても小さいので
グラス一杯の水には

00:01:26.184 --> 00:01:29.454
宇宙にあるとされる星よりも
多い数の水分子が入っています

00:01:29.454 --> 00:01:31.527
これら何兆もの分子は

00:01:31.527 --> 00:01:36.181
さまざまな速さで
たえず動き、振動し、回転しています

00:01:36.181 --> 00:01:39.785
温度とは これらの分子の平均的な動き

00:01:39.785 --> 00:01:42.800
あるいは運動エネルギーと
考えることができます

00:01:42.800 --> 00:01:46.906
運動の量が多ければ温度が高くなり

00:01:46.906 --> 00:01:48.732
その逆も成り立ちます

00:01:48.732 --> 00:01:51.596
いかなる化学反応においても
熱の流れは

00:01:51.596 --> 00:01:54.836
それぞれの物質の化学的な状態における

00:01:54.836 --> 00:01:57.910
粒子の相互作用の
相対的な強弱によって決まります

00:01:57.910 --> 00:02:00.761
粒子間に強い引力が働くと

00:02:00.761 --> 00:02:03.843
お互いを素早く引き寄せます
そして近くなりすぎると

00:02:03.843 --> 00:02:07.614
今度は斥力がお互いを引き離します

00:02:07.614 --> 00:02:09.693
最初の引き寄せる力が十分に強ければ

00:02:09.693 --> 00:02:13.286
このように 近づいたり離れたりと
振動を繰り返します

00:02:13.286 --> 00:02:16.384
引力が強いほど振動の速度も速く

00:02:16.384 --> 00:02:18.764
熱とは本質的に粒子の動きなので

00:02:18.764 --> 00:02:22.463
相互作用がより強くなるような状態に
物質が変化すると

00:02:22.463 --> 00:02:24.150
系の温度は上がります

00:02:24.150 --> 00:02:26.437
しかし冷却パックでは
逆のことが起きています

00:02:26.437 --> 00:02:29.209
つまり固体の物質が水に溶けると

00:02:29.209 --> 00:02:33.336
固体の粒子と水の分子との相互作用は

00:02:33.336 --> 00:02:37.363
それぞれの状態でいた時よりも弱くなるのです

00:02:37.363 --> 00:02:40.741
これにより双方の粒子の
平均速度が緩やかになり

00:02:40.741 --> 00:02:42.492
溶液全体は冷えるということです

00:02:42.492 --> 00:02:47.051
しかし 物質が相互作用が弱い状態に
変化するのはなぜでしょう？

00:02:47.051 --> 00:02:51.228
もともとの相互作用が強ければ
固体が溶けるのを妨ぐのでは？

00:02:51.228 --> 00:02:53.380
ここでエントロピーの登場です

00:02:53.380 --> 00:02:56.271
エントロピーは
ランダムな動きによって

00:02:56.271 --> 00:02:59.825
物質やエネルギーが
分布している様を表します

00:02:59.825 --> 00:03:03.535
部屋の中の空気の場合
これを構成する何兆もの粒子は

00:03:03.535 --> 00:03:05.902
多くの異なる並び方が可能です

00:03:05.902 --> 00:03:09.317
ある並び方では部屋の片隅に
すべての酸素分子がかたより

00:03:09.317 --> 00:03:11.898
もう片隅に窒素の分子が
かたまるかもしれません

00:03:11.898 --> 00:03:14.513
しかしバラバラに散らばっている
可能性の方が断然高いので

00:03:14.513 --> 00:03:17.700
空気はいつもバラバラに
混ざった状態で見出されます

00:03:17.700 --> 00:03:20.976
さて粒子間の引力が強い場合

00:03:20.976 --> 00:03:24.209
いくつかの並び替えの確率が
変わることがあり

00:03:24.209 --> 00:03:28.290
物質が混ざる確率を
グンと下げることもあります

00:03:28.290 --> 00:03:31.250
油と水が混ざらないのはこの例です

00:03:31.250 --> 00:03:35.196
硝酸アンモニウムなど
冷却パックに使われている物質の場合

00:03:35.196 --> 00:03:38.619
引き合う力は確率を変えるほどは強くなく

00:03:38.619 --> 00:03:42.625
ランダムな動きが
固体を構成する粒子をバラバラにし

00:03:42.625 --> 00:03:47.313
水に溶けることで
固体には戻らなくなります

00:03:47.313 --> 00:03:50.895
簡単に言えば 冷却パックが冷えるのは
ランダムな動きが

00:03:50.895 --> 00:03:55.470
固体と水が混合する
組み合わせをより多く作り出し

00:03:55.470 --> 00:03:59.220
これらの組み合わせでは
粒子の相互作用がより弱いため

00:03:59.220 --> 00:04:00.700
平均的にみた粒子の動きが鈍くなり

00:04:00.700 --> 00:04:05.193
未開封の冷却パックよりも
熱量が少なくなるからです

00:04:05.193 --> 00:04:08.122
つまりエントロピーがもたらす乱雑さが

00:04:08.122 --> 00:04:10.513
あなたの怪我のもとに
なったかもしれませんが

00:04:10.513 --> 00:04:14.948
その痛みを和らげる心地よい冷たさを
生み出して くれてもいるのです