Męczy cię zapalenie nadwerężonego mięśnia.
Miło byłoby mieć coś zimnego, żeby zmniejszyć ból,
ale zimny kompres trzeba by włożyć do lodówki parę godzin wcześniej.
Na szczęście masz inną opcję.
Kompres samochłodzący może leżeć w temperaturze pokojowej,
ale wystarczy go zgnieść i zaraz poczujesz chłód.
Jak to możliwe, żeby coś w temperaturze pokojowej
zamarzło tak szybko?
Odpowiedź zna chemia.
Twój kompres ma w środku wodę i proszek,
najczęściej azotan amonu, rozdzielone przegrodą.
Kiedy ją przełamać, proszek rozpuszcza się
w tak zwanym procesie endotermicznym,
czyli pochłaniającym ciepło z otoczenia.
Żeby zrozumieć, jak to się dzieje,
trzeba spojrzeć na dwie siły napędzające procesy chemiczne:
przemiany energii i entropię.
One decydują, czy w systemie zajdzie zmiana i jak będzie przepływała energia.
Przemiany energii w chemii odzwierciedlają siły przyciągania
i odpychania między cząsteczkami.
Cząsteczki są tak małe, że szklanka wody zawiera ich więcej
niż znamy gwiazd we wszechświecie.
I każda z tych bilionów cząsteczek
bez przerwy się porusza, drga i obraca z rozmaitymi prędkościami.
Możemy przedstawić temperaturę
jako miarę średniego ruchu, czyli energii kinetycznej,
tych wszystkich cząsteczek.
Ze wzrostem ruchu temperatura rośnie
i odwrotnie.
Przepływ ciepła w przemianie chemicznej
zależy od siły oddziaływań między cząsteczkami
w stanie przed i po reakcji.
Kiedy cząsteczki przyciągają się wzajemnie z dużą siłą,
biegną szybko ku sobie, aż zbliżą się na tyle,
że rozdzielą je siły odpychania.
Jeśli przyciąga je wystarczająco duża siła
cząsteczki będą się zbliżać i oddalać raz po raz.
Tym szybciej, im mocniej się przyciągają,
a skoro ciepło to właściwie ruch,
kiedy substancja przechodzi w stan, w którym te oddziaływania są większe,
system się rozgrzewa.
Ale w kompresie jest odwrotnie,
to znaczy - kiedy proszek rozpuszcza się w wodzie,
oddziaływania cząsteczek proszku z cząsteczkami wody są słabsze,
niż uprzednie oddzielne reakcje.
To sprawia, że średnia prędkość obu rodzajów cząsteczek maleje,
a więc roztwór się schładza.
Ale dlaczego substancja miałaby przejść w stan ze słabszymi oddziaływaniami?
Czy mocniejsze oddziaływania w czystych substancjach nie zapobiegną wymieszaniu?
Tutaj wkracza entropia.
Entropia opisuje rozprzestrzenianie się
ciał i energii w oparciu o przypadkowy ruch.
Biliony cząsteczek, z których składa się powietrze w pokoju,
mogą być rozłożone na wiele sposobów.
W niektórych wszystkie cząsteczki tlenu zbiorą się w jednym miejscu,
a wszystkie cząsteczki azotu - w drugim.
Ale jest znacznie więcej układów, w których są wymieszane.
Dlatego powietrze zawsze jest mieszaniną.
Silne oddziaływania między cząsteczkami
mogą zmienić prawdopodobieństwo zaistnienia pewnych układów,
czasem tak bardzo, że niektóre substancje nie chcą się mieszać.
Na przykład olej z wodą.
Ale w przypadku azotanu amonu i innych substancji używanych w kompresach
siły przyciągania nie są na tyle duże, żeby zmienić prawdopodobieństwo
i przypadkowy ruch cząsteczek rozdziela je,
przeprowadza do roztworu i nie pozwala zbić się z powrotem w stałą grudkę.
Mówiąc prościej, kompres schładza się sam,
bo przypadkowy ruch wytwarza więcej stanów,
w których proszek i woda są zmieszane,
co daje jeszcze słabsze oddziaływanie międzycząsteczkowe,
mniej ruchu
i mniej ciepła niż w nowym kompresie.
Chociaż to entropia mogła spowodować
twoją kontuzję,
to właśnie ona dostarcza tego przyjemnego zimna, które koi ból.