Bir kasınız gerildi ve acı dayanılmaz.
Acıyı dindirmek için buz gibi bir şey olmasını diliyorsunuz
ama bir buz torbası kullanmak için saatler önce dondurucuya koymalıydınız.
Neyse ki başka bir seçenek var.
Bir soğuk kompres, ihtiyacınız olana kadar oda sıcaklığında bırakılabilir,
sonra talimatlara uygun şekilde çekin ve saniyeler içinde üşüme hissedeceksiniz.
Ancak bir şey oda sıcaklığından neredeyse donma noktasına
bu kadar kısa sürede nasıl ulaşır?
Cevap kimyada yatıyor.
Soğuk kompresiniz, bir bariyerle ayrılmış farklı bölmelerde,
su ve genellikle amonyum nitrat olan katı bir bileşik içerir.
Bariyer kırıldığında katı madde çözünerek
endotermik reaksiyon olarak bilinen şeye neden olur,
bu da çevresinden ısıyı emer.
Bunun nasıl çalıştığını anlamak için
kimyasal süreçlerin arkasındaki iki itici güce bakmamız gerekir:
enerji bilimi ve entropi.
Bunlar, sistemde bir değişiklik olup olmadığını
ve varsa enerjinin akışını belirler.
Kimyada enerji bilimi, moleküler düzeyde parçacıklar arasındaki
çekici ve itici güçlerle ilgilenir.
Bu ölçek o kadar küçüktür ki
tek bir bardakta, evrende bilinen yıldızlardan daha çok su molekülü vardır.
Ve bu trilyonlarca molekül
sürekli hareket ediyor, titreşiyor ve farklı hızlarda dönüyor.
Sıcaklığı, tüm bu parçacıkların ortalama hareketinin
veya kinetik enerjinin bir ölçümü olarak düşünebiliriz,
böylece hareketin artması, sıcaklıkta bir artış olduğu anlamına gelir
veya bunun tersi de geçerlidir.
Herhangi bir kimyasal dönüşümdeki ısı akışı,
bir maddenin kimyasal durumlarının her birindeki parçacık etkileşimlerinin
göreceli gücüne bağlıdır.
Parçacıkların güçlü, karşılıklı çekici bir kuvveti olduğunda
birbirlerine doğru çok yaklaşana dek o kadar hızlı hareket ederler ki
itici kuvvetler onları iter.
İlk çekim yeterince güçlüyse
parçacıklar bu şekilde ileri geri titreşmeye devam edecektir.
Çekim ne kadar güçlü olursa hareketleri o kadar hızlı olur
ve ısı esasen hareket olduğundan,
bir madde bu etkileşimlerin daha güçlü olduğu bir duruma dönüştüğünde
sistem ısınır.
Ancak soğuk kompreslerimiz bunun tersini yapar,
yani katı, suda çözündüğünde
katı parçacıkların ve su moleküllerinin birbirleriyle yeni etkileşimleri,
daha önce var olan ayrı etkileşimlerden daha zayıftır.
Bu, her iki partikül tipini ortalama olarak yavaşlatır
ve tüm çözeltiyi soğutur.
Fakat bir madde neden etkileşimlerin daha zayıf olduğu bir duruma geçsin?
Önceden var olan daha güçlü etkileşimler katının çözünmesini engellemez mi?
Entropi burada devreye giriyor.
Entropi, temel olarak nesnelerin ve enerjinin
rastgele harekete göre nasıl dağıtıldığını açıklar.
Bir odadaki havayı düşünürseniz onu oluşturan trilyonlarca parçacık için
birçok farklı olası düzenleme vardır.
Bunlardan bazıları bir bölgedeki tüm oksijen
ve başka bir bölgedeki tüm azot moleküllerine sahip olacaktır.
Ama çok daha fazlası birlikte karışır,
bu yüzden bu durumda hava her zaman bulunur.
Parçacıklar arasında güçlü çekici kuvvetler varsa
bazı konfigürasyonların olasılığı,
oranların, belirli maddelerin karıştırılmasını desteklemediği
noktaya kadar bile değişebilir.
Yağ ve suyun karışmaması buna bir örnektir.
Ancak amonyum nitrat
veya soğuk kompresinizdeki başka bir madde söz konusu olduğunda
çekici kuvvetler olasılıkları değiştirecek kadar güçlü değildir
ve rastgele hareket,
katı hali oluşturan parçacıkları suda eriterek
ve asla katı haline geri dönerek ayırmaz.
Basitçe söylemek gerekirse soğuk kompresiniz soğur
çünkü rastgele hareket, katı ve suyun karıştığı daha fazla yapılandırma yaratır
ve bunların hepsi daha zayıf partikül etkileşimi,
daha az partikül hareketi
ve kullanılmayan paketin içinde olduğundan daha az ısıya sahiptir.
Bu nedenle entropiden kaynaklanabilecek bozukluk,
ilk etapta yaralanmanıza neden olmuş olsa da,
ağrınızı yatıştıran rahatlatıcı soğuktan da sorumludur.