אז מתחתם שריר והדלקת בלתי נסבלת.
אתם מאחלים לעצמכם משהו קר כמו קרח כדי להקהות את הכאב,
אבל כדי להשתמש בשקית קרח, הייתם צריכים לשים אותה במקפיא לפני כמה שעות.
למרבה המזל, יש פתרון אחר.
שקית קור יכולה להשאר בטמפרטורת החדר עד הרגע שצריך אותה,
אז פשוט מקפלים אותה כמו בהוראות ותוך שניות אתם מרגישים את הקור.
אבל איך משהו יכול לעבור מטמפרטורת החדר לכמעט קפיאה
בזמן קצר כל כך?
התשובה טמונה בכימיה.
שקית הקור שלכם מכילה מים ותרכובת מוצקה,
בדרך כלל אמוניום ניטרט, בתאים שונים שמופרדים על ידי חציצה.
כשהחציצה נשברת, המוצק מתמוסס
וגורם למה שידוע כתגובה אנדותרמית,
בה היא קולטת חום מהסביבה.
כדי להבין איך זה עובד,
אנחנו צריכים להביט בשני הכוחות המניעים מאחורי התהליך הכימי:
אנרגטיקה ואנטרופיה.
אלה קובעים אם שינוי מתרחש במערכת ואיך אנרגיה זורמת אם הוא מתרחש.
בכימיה, אנרגטיקה מטפלת בכוחות משיכה ודחיה
בין חלקיקים ברמה המולקולרית.
קנה המידה הזה כל כך קטן שיש יותר מולקולות מים בכוס אחת
משיש כוכבים ידועים ביקום.
וכל טריליוני המולקולות האלה
נעות ללא הפסק, רוטטות ומסתובבות בקצבים שונים.
אנחנו יכולים לחשוב על טמפרטורה כמידה של התנועה הממוצעת,
או אנרגיה קינטית, של כל החלקיקים האלה,
עם עליה בתנועה שמשמעה עליה בטמפרטורה,
ולהפך.
זרימת החום בכל שינוי כימי
תלויה בכוח היחסי של תגובות החלקיקים
בכל מצב כימי של חומר.
כשלחלקיקים יש כוח משיכה הדדי חזק,
הם נעים במהירות אחד כלפי השני, עד שהם מתקרבים כל כך,
שכוחות הדחיה דוחפים אותם אחד מהשני.
אם המשיכה הראשונית היתה חזקה מספיק,
החלקיקים ימשיכו לרטוט קדימה ואחורה בדרך זו.
ככל שהמשיכה חזקה יותר, התנועה תהיה מהירה יותר,
ומאחר וחום הוא עקרונית תנועה,
כשחומר משתנה למצב בו התגובות האלה חזקות יותר,
המערכת מתחממת.
אבל שקיות הקור שלנו עושות ההפך,
מה שאומר שכשהמוצק מתמוסס במים,
התגובות החדשות של חלקיקי מוצק ומולקולות מים אחד עם השני
חלשות יותר מהתגובות הנפרדות שהתקיימו קודם לכן.
זה גורם לשני סוגי החלקיקים להאט בממוצע,
ומקרר את כל התמיסה.
אבל למה שחומר ישתנה למצב בו התגובות חלשות יותר?
האם התגובות הקיימות החזקות יותר לא ימנעו מהמוצק להתמוסס?
לפה נכנסת האנטרופיה.
אנטרופיה בעיקרון מתארת איך עצמים ואנרגיה
מחולקים בהתבסס על תנועה אקראית.
אם אתם חושבים על האוויר בחדר, יש המון סידורים אפשריים
לטריליוני החלקיקים שמרכיבים אותו.
בכמה מאלה כל מולקולות החמצן יהיו באזור אחד,
וכל מולקולות החנקן יהיו באחר.
אבל בהרבה יותר הם יהיו מעורבבים,
לכן אוויר תמיד נמצא במצב הזה.
עכשיו, אם יש כוחות משיכה חזקים בין החלקיקים,
ההסתברות של כמה סידורים יכולה להשתנות
אפילו לנקודה בה הסיכויים לא מעדיפים ערוב של חומרים מסויימים.
שמן ומים לא מתערבבים לדוגמה.
אבל במקרה של האמוניום ניטרט, או חומרים אחרים בשקית הקור שלכם,
כוחות המשיכה לא חזקים מספיק לשנות את הסיכויים,
ותנועה אקראית גורמת לחלקיקים שמרכיבים את המוצק להפרד
על ידי התמוססות לתוך המים ולעולם לא לחזור למצב המוצק שלהם.
בפשטות, שקיות הקור שלכם מתקררות בגלל שתנועה אקראית
יוצרת יותר מצבים בהם המוצק והמים מתערבבים
ולכל אלה יש אפילו תגובות חלקיקים חלשות יותר,
פחות תנועת חלקיקים בסך הכל,
ופחות חום משהיה בתוך החבילה לפני השימוש.
אז בעוד חוסר הסדר שיכול להווצר מאנטרופיה
היה יכול לגרום לפציעה שלכם מראש,
הוא גם אחראי לקור המנחם הזה שמרגיע את הכאב.