Vous venez de vous froisser un muscle et l'inflammation est insupportable.
Vous aimeriez avoir de la glace pour atténuer la douleur,
mais pour ça, vous auriez dû mettre la poche de glace au congélateur avant.
Heureusement, il existe une autre option.
Un cryosac peut être laissé à température ambiante jusqu'à utilisation,
il suffit alors de le craquer pour sentir le frais en quelques secondes.
Mais comment un produit passe-t-il de la température ambiante à glaciale
en aussi peu de temps ?
La réponse est dans la chimie.
Votre cryosac contient de l'eau et un composant solide,
habituellement du nitrate d'ammonium, dans différents compartiments séparés.
Lorsque la séparation est brisée, le solide se dissout
provoquant ce qu'on appelle une réaction endothermique,
qui absorbe la chaleur de ce qui l'entoure.
Pour comprendre comment ça fonctionne,
on s'intéresse aux deux forces motrices derrière le procédé chimique :
l'énergétique et l'entropie.
Ça détermine si un changement se produit et si oui, comment l'énergie se répand.
En chimie, l'énergétique implique les forces attractives et répulsives
entre les particules au niveau moléculaire.
Cette échelle est si petite qu'il y a plus de molécules d'eau dans un seul verre
que d'étoiles connues dans l'univers.
Et ces milliers de milliards de molécules
bougent, vibrent et tournent en permanence à différentes vitesses.
La température peut être une mesure de la quantité de mouvement moyenne,
aussi appelée énergie cinétique, des particules.
Si le mouvement augmente, alors la température aussi,
et vice versa.
Le flux de chaleur de chaque transformation chimique
dépend de la force relative des interactions des particules
dans chacun des états chimiques de la substance.
Quand des particules ont une force d'attraction mutuelle forte,
elles se déplacent l'une vers l'autre, jusqu'à être si proches,
que les forces répulsives les repoussent.
Si l'attraction initiale était suffisamment forte,
les particules vont continuer de faire des va-et-vient ainsi.
Plus l'attraction est grande, plus le mouvement est rapide,
et puisque la chaleur est essentiellement un mouvement,
quand une substance évolue vers un état où les interactions sont plus fortes,
le système s'échauffe.
Mais nos cryosacs font le contraire,
donc quand le solide se dissout dans l'eau,
les interactions des particules solides avec les molécules d'eau
sont plus faibles que les interactions qui existaient avant séparément.
Ça ralentit les deux types de particules en moyenne,
et refroidit la solution complète.
Mais pourquoi changer vers un état où les interactions sont plus faibles ?
Pourquoi les interactions fortes n'empêchent pas le solide de se dissoudre?
C'est là que l'entropie entre en jeu.
L'entropie décrit comment les objets et l'énergie
sont distribués en fonction du mouvement aléatoire.
Si vous considérez l'air d'une pièce, il y a énormément d'arrangements possibles
pour les milliers de milliards de particules en lui.
Quelques-uns auront toutes les molécules d'oxygène dans un coin,
et toutes celles d'azote dans un autre.
Mais beaucoup plus auront tout mélangé,
et c'est pourquoi l'air est toujours dans cet état.
Mais s'il y a des forces attractives fortes entre les particules,
la probabilité de certaines configurations peut changer
et les probabilités ne favorisent plus certains mélanges de substances.
On peut prendre l'exemple de l'huile et de l'eau.
Mais dans le cas du nitrate d'ammonium, ou d'une autre substance de votre cryosac,
les forces attractives ne suffisent pas à changer les probabilités,
et le mouvement aléatoire sépare les particules du solide
en les dissolvant dans l'eau et en les empêchant de retourner à l'état solide.
Pour résumer, votre cryosac se refroidit parce que le mouvement aléatoire
créé plus de configurations où le solide et l'eau se mélangent
et elles ont toutes de plus faibles interactions entre particules,
un plus faible mouvement des particules,
et moins de chaleur que dans le cryosac non utilisé.
Donc si le désordre créé par l'entropie
a peut-être causé votre blessure du début,
elle est aussi là pour créer la fraicheur qui atténue votre douleur.