You wish you had something ice-cold to dull the pain,

痛みを和らげるために冷たいものがあればいいのに。

but to use an ice pack, you would have had to put it in the freezer hours ago.

でもアイスパックを使うには何時間も前に冷凍庫に入れておかないといけない。

Fortunately, there's another option.

幸いなことに、もう一つの選択肢があります。

A cold pack can be left at room temperature until the moment you need it,

冷たいパックは必要な時まで常温に置いておくことができます。

then just snap it as instructed and within seconds you'll feel the chill.

それからちょうど指示されたようにそれをスナップし、数秒以内に寒気を感じるでしょう。

But how can something go from room temperature to near freezing

しかし、どうやって常温から氷点下になるのでしょうか？

in such a short time?

こんなに短い時間で？

The answer lies in chemistry.

答えは化学にあります。

Your cold pack contains water and a solid compound,

コールドパックには水と固形物が入っています。

usually ammonium nitrate, in different compartments separated by a barrier.

通常は硝酸アンモニウムで、バリアで区切られた別の区画にある。

When the barrier is broken, the solid dissolves

バリアが破られると、固体が溶解します。

causing what's known as an endothermic reaction,

因みに、吸熱反応として知られているものを引き起こします。

one that absorbs heat from its surroundings.

周囲の熱を吸収するもの

To understand how this works,

その仕組みを理解するために

we need to look at the two driving forces behind chemical processes:

化学プロセスの背後にある2つの原動力を見る必要があります。

energetics and entropy.

エネルギーとエントロピー

These determine whether a change occurs in a system and how energy flows if it does.

これらは、システムで変化が起こるかどうか、変化が起こった場合にどのようにエネルギーが流れるかを判断します。

In chemistry, energetics deals with the attractive and repulsive forces

化学では、エネルギーは魅力的な力と反発力を扱います。

between particles at the molecular level.

分子レベルでの粒子間の

This scale is so small that there are more water molecules in a single glass

コップ一杯の中に水分子の数が多いほどの小さなスケールです。

than there are known stars in the universe.

宇宙に知られている星の数よりも

And all of these trillions of molecules are

そして、これらの数兆個の分子はすべて

constantly moving, vibrating and rotating at different rates.

絶えず動き、振動し、異なる速度で回転しています。

We can think of temperature as a measurement of the average motion,

温度は平均的な動きを測ったものと考えればいい。

or kinetic energy, of all these particles,

またはこれらのすべての粒子の運動エネルギー。

with an increase in movement meaning an increase in temperature,

動きの増加に伴い、温度の上昇を意味します。

and vice versa.

やその逆もあります。

The flow of heat in any chemical transformation

あらゆる化学変化における熱の流れ

depends on the relative strength of particle interactions

は粒子間相互作用の相対的な強さに依存します。

in each of a substance's chemical states.

物質の化学状態のそれぞれにおいて

When particles have a strong mutual attractive force,

粒子に強い相互吸引力がある場合

they move rapidly towards one another, until they get so close,

急速にお互いに近づいていきます。

that repulsive forces push them away.

反発力で押しのけられる

If the initial attraction was strong enough,

初期の魅力が強ければ

the particles will keep vibrating back and forth in this way.

このように粒子が前後に振動し続けます。

The stronger the attraction, the faster their movement,

魅力が強ければ強いほど、彼らの動きは速くなります。

and since heat is essentially motion,

と、熱は本質的に運動なので

when a substance changes to a state in which these interactions are stronger,

物質がこれらの相互作用がより強い状態に変化した場合。

the system heats up.

システムが加熱します。

But our cold packs do the opposite,

しかし、私たちのコールドパックはその逆を行っています。

which means that when the solid dissolves in the water,

というのは、固体が水に溶けると

the new interactions of solid particles and water molecules with each other

粒子と水分子の新しい相互作用

are weaker than the separate interactions that existed before.

は、それまで存在していた分離した相互作用よりも弱い。

This makes both types of particles slow down on average,

これにより、両タイプの粒子の速度が平均的に遅くなる。

cooling the whole solution.

溶液全体を冷却します。

But why would a substance change to a state where the interactions were weaker?

しかし、なぜ物質は相互作用が弱い状態に変化するのでしょうか？

Wouldn't the stronger preexisting interactions keep the solid from dissolving?

既存の相互作用が強ければ、固体は溶解しないのではないでしょうか？

This is where entropy comes in.

そこでエントロピーの出番です。

Entropy basically describes how objects and energy

エントロピーは基本的に物体とエネルギーがどのように

are distributed based on random motion.

はランダムな動きに基づいて分布しています。

If you think of the air in a room, there are many different possible arrangements

部屋の空気を考えれば、いろいろなアレンジが考えられます。

for the trillions of particles that compose it.

それを構成する何兆個もの粒子のために

Some of these will have all the oxygen molecules in one area,

そのうちのいくつかは、酸素分子がすべて一つの領域に存在することになります。

and all the nitrogen molecules in another.

と、別の窒素分子のすべての

But far more will have them mixed together,

しかし、はるかに多くの人がそれらを混ぜ合わせているでしょう。

which is why air is always found in this state.

ということは、空気は常にこの状態にあるということです。

Now, if there are strong attractive forces between particles,

さて、粒子間に強い吸引力があるとします。

the probability of some configurations can change

確率が変わる

even to the point where the odds don't favor certain substances mixing.

特定の物質の混合を支持していないという点でも。

Oil and water not mixing is an example.

油と水が混ざらないのは一例です。

But in the case of the ammonium nitrate, or other substance in your cold pack,

しかし、硝酸アンモニウムなど、コールドパックに入っている物質の場合は

the attractive forces are not strong enough to change the odds,

魅力的な力では勝率を変えることはできません。

and random motion makes the particles composing the solid separate

とランダムな動きは、固体を構成する粒子を分離させます。

by dissolving into the water and never returning to their solid state.

水に溶けて固体状態に戻ることはありません。

To put it simply, your cold pack gets cold because random motion

簡単に言うと、コールドパックが冷たくなるのは、ランダムな動きが原因です。

creates more configurations where the solid and water mix together

固体と水が一緒に混ざり合うような、より多くの構成を作成します。

and all of these have even weaker particle interaction,

と、これらのすべてがさらに弱い粒子間相互作用を持っています。

less overall particle movement,

全体的な粒子の動きが少ない

and less heat than there was inside the unused pack.

と未使用パックの中にあったよりも少ない熱量。

So while the disorder that can result from entropy

だから、エントロピーに起因する無秩序が発生する一方で

may have caused your injury in the first place,

そもそも怪我の原因があるかもしれません。

its also responsible for that comforting cold that soothes your pain.

それはまたあなたの苦痛を和らげるその慰めの風邪のために責任があります。