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

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/how-do-cold-packs-get-cold-so-fast-john-pollard

Se você puser água no freezer, levará algumas horas até que vire gelo. Então, como compressas passam da temperatura ambiente a quase geladas em questão de segundos? John Pollard detalha a química da compressa gelada, lançando luz sobre os conceitos de energética e entropia, enquanto faz isso.

Lição de John Pollard, animação de Karrot Animation.

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

Você adoraria ter algo gelado
para aliviar a dor,

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

Felizmente, há uma alternativa.

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.

Mas como algo pode passar da temperatura
ambiente à quase gelado

em tão pouco tempo?

A resposta está na química.

Sua compressa gelada contém
água e um composto sólido,

normalmente nitrato de amônia,
em compartimentos distintos, separados.

Quando a separação se quebra,
o sólido se dissolve,

causando o que chamamos
de reação endotérmica,

absorvendo calor do ambiente.

Para entender como funciona,

precisamos analisar as duas forças
por trás dos processos químicos:

a energética e a entropia,

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

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

entre partículas da molécula.

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

do que estrelas conhecidas no universo.

E todos estes trilhões de moléculas

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

Podemos pensar em temperatura
como a média de movimento

ou de energia cinética,
de todas essas partículas,

ocorrendo o aumento de temperatura
quando ocorre aumento de movimento,

e vice-versa.

O fluxo de calor em qualquer
transformação química

depende da força relativa
das interações entre partículas

em cada um dos estados químicos
de uma substância.

Quando as partículas têm
uma grande força de atração mútua,

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

que forças de repulsão as afastam.

Se a atração inicial for forte o bastante,

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

Quanto mais forte a atração,
mas rápido se movem,

e já que o calor
é essencialmente movimento,

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

o sistema se aquece.

Mas nossas compressas geladas
fazem o oposto,

ou seja, quando o sólido
se dissolve na água,

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

são mais fracas que as interações
separadas que existiam antes.

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

resfriando toda a solução.

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?

É aí que entra a entropia.

Basicamente, a entropia descreve
como os objetos e a energia

são distribuídos, com base
em movimento aleatório.

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

para os trilhões de partículas
que o compõem.

Alguns dos arranjos terão todas
as moléculas de oxigênio num local

e todas as moléculas
de nitrogênio em outro.

Mas a maioria terá
as moléculas misturadas,

razão pela qual o ar sempre
se encontra nesse estado.

Mas se houver grandes forças
de atração entre as partículas,

a probabilidade de algumas
configurações pode mudar

até a ponto de as possibilidades

não favorecerem a mistura
de certas substâncias.

A separação entre água
e óleo é um exemplo.

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

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

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

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

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

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

e todas elas têm interações
ainda mais fracas entre partículas,

menos movimento em geral de partículas

e menos calor do que
havia antes na compressa.

Embora a desordem
que pode resultar da entropia

possa ter causado inicialmente sua lesão,

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