Te lastimaste un músculo y la inflamación es insoportable.
Te gustaría tener algo helado para aliviar el dolor,
pero para eso tendrías que haberlo puesto en el congelador hace horas.
Afortunadamente, hay otra opción.
Una compresa fría puede estar a temperatura ambiente
hasta que la necesites,
luego sigues las instrucciones y en segundos sentirás el frío.
Pero ¿cómo pasa de temperatura ambiente a casi congelado
en tan poco tiempo?
La respuesta está en la química.
La compresa fría tiene agua y un compuesto sólido,
por lo general nitrato de amonio en compartimentos separados.
Cuando se rompe la barrera, el sólido se disuelve
causando lo que se conoce como reacción endotérmica,
que absorbe calor de su entorno.
Para entender cómo funciona,
tenemos que analizar 2 fuerzas que gobiernan los procesos químicos:
la energética y la entropía.
Ambas determinan si hay cambio en un sistema
y cómo fluye la energía, si lo hace.
En química, la energética se ocupa de las fuerzas de atracción y repulsión
entre partículas a nivel molecular.
Esta escala es tan pequeña que hay más moléculas de agua en un solo vaso
que estrellas conocidas en el universo.
Y todos estos billones de moléculas
están en continuo movimiento, vibrando, rotando a diferentes velocidades.
Podemos pensar la temperatura como la medida del movimiento promedio,
o energía cinética, de estas partículas,
y que un aumento del movimiento implica un aumento en la temperatura,
y viceversa.
El flujo de calor en cualquier transformación química
depende de la fuerza relativa de las interacciones de partículas
en cada uno de los estados químicos de una sustancia.
Cuando las partículas tienen una fuerte fuerza mutua de atracción,
se mueven rápidamente unas hacia otras,
hasta que se acercan tanto que las fuerzas repulsivas las alejan.
Si la atracción inicial fue lo suficientemente fuerte,
las partículas seguirán vibrando con vaivenes de esta forma.
Cuanto más fuerte la atracción, más rápido el movimiento,
y como el calor es en esencia movimiento,
cuando una sustancia cambia a un estado
en el que estas interacciones son más fuertes, el sistema se calienta.
Pero las compresas frías hacen lo opuesto,
o sea, cuando el sólido se disuelve en agua,
las nuevas interacciones de partículas sólidas y moléculas de agua
son más débiles que las interacciones separadas que existían antes.
Esto hace que ambos tipos de partículas reduzcan la velocidad promedio,
enfriando toda la solución.
Pero ¿por qué cambiaría una sustancia a un estado con interacciones más débiles?
Las interacciones más fuertes preexistentes ¿no evitarían la disolución?
Aquí entra en juego la entropía.
La entropía describe básicamente cómo objetos y energía
se distribuyen con base en movimiento aleatorio.
Pensemos en el aire de una habitación, y los muchos diferentes arreglos posibles
de la infinidad de partículas que lo componen.
Algunas tendrán todas las moléculas de oxígeno en un área,
y todas las moléculas de nitrógeno en otra.
Pero muchas más las tendrán mezcladas entre sí,
por eso el aire siempre se encuentra en este estado.
Si hay fuertes fuerzas de atracción entre partículas,
la probabilidad de algunas configuraciones puede cambiar
e incluso no favorecer la mezcla de determinadas sustancias.
Un ejemplo de eso son el agua y el aceite.
Pero en el caso del nitrato de amonio, u otra sustancia de la compresa fría,
las fuerzas de atracción no son tan fuertes
como para cambiar las probabilidades,
y el movimiento aleatorio hace
que las partículas que componen el sólido separado,
al disolverse en el agua, nunca vuelvan a su estado sólido.
En pocas palabras, la compresa fría se enfría porque el movimiento aleatorio
crea más configuraciones en las que sólidos y agua se mezclan
y estas tienen interacciones aún más débiles de partículas,
menos movimiento global de partículas,
y menos calor que dentro de la compresa no usada.
Así, mientras que el trastorno que puede resultar de la entropía
puede haber causado una lesión en un principio,
también es responsable del frío reconfortante que alivia el dolor.