Проблема з холодною сумішшю Чому лід і сіль так сильно болять на шкірі. Коробка Кейнштейна
П'ять років тому "крижаний і сольовий виклик" про дивовижну холодну суміш вперше обійшов Youtube: ютубери посипають голою шкірою кухонну сіль, а потім додають кубики льоду. Очевидно, все стає дуже холодним - і проблема полягає в тому, щоб витримати холод досить довго.
Рік тому ця божевільна ідея ще раз хвилювалась у ЗМІ:
Тому що цей виклик небезпечний!
Тканини тіла пошкоджуються холодом так само, як і спекою: лід і сіль разом стають настільки холодними, що можуть виникнути так звані холодні опіки до другої або третьої ступеня!
Один читач справедливо запитує: Чому лід і сіль разом так сильно болять на шкірі?
Відповідь така: Оскільки суміш сильно охолоджується! Якщо лід і кухонну сіль змішати в рівних частинах, температура суміші може впасти з точки плавлення чистої води при 0 ° C до -17 ° C, навіть у більш теплому середовищі!
Чому лід з сіллю стає особливо холодним
Насправді у фізиці не існує поняття "холод". Те, що ми сприймаємо як холод, є результатом відсутності тепла - тобто малої енергії. Тож коли щось застуджується, енергія з цього вилучається. І відповідно до законів термодинаміки ця енергія не повинна просто зникати.
Це також не означає: у суміші льоду та кухонної солі кілька явищ, які використовують тепло для своїх цілей, грають разом:
Танення тепла: плавлення вимагає енергії!
Експеримент, який я опублікував тут минулої п’ятниці, показав: навіть процес плавлення як такий вимагає енергії, яка в цьому контексті називається «теплою плавлення», яка витягується з плавлячої речовини та її оточення у вигляді тепла: температура при Поверхня талого льоду пристосовується до 0 ° C і не піднімається навіть у теплих умовах.
Він також не зменшується далі: тоді як при температурі плавлення, яка також відома як точка замерзання, частинки води з твердої льодової сітки стають рухливими, тобто рідина, інші, рухливі частинки води переставляються в сітку, тобто стають твердими. І в процесі виділяється відповідна теплота плавлення.
Лід і вода знаходяться в рівновазі, як описує Ле Шательє в аеропорту!
Як тільки ця рівновага встановлюється, виділяється стільки тепла плавлення, скільки поглинається: температура задіяних речовин не змінюється.
Якщо зараз в цю систему потрапляє тепло із зовнішнього середовища, рівновага зміщується з боку тепла, а отже, до рідкої води: лід тане.
Депресія точки замерзання: молекули води не здатні виконувати багатозадачність!
Температура замерзання сольового розчину у воді нижча, ніж точка замерзання чистої води. Застосовується наступне: чим вища концентрація розчину (тобто чим більше солі змішується з водою), тим нижча температура його замерзання. Хіміки та фізики називають цей ефект "зниженням точки замерзання".
Розчинення кухонної солі, тобто хлориду натрію, у воді означає, що іони натрію та хлориду змішуються окремо з молекулами води. Кожен іон огортається певною кількістю молекул води (хіміки кажуть «гідратовані»). Ці молекули води, які "зайняті" іонами, що обволікають, більше не доступні для заморожування - тобто для перетворення рідкої води в лід справа наліво у наведеному вище рівнянні.
Згідно із законом Ле Шательє, рівновага зміщується в бік рідкої води, щоб компенсувати «втрату» рідкої води: зараз більше льоду тане, ніж твердне. Це означає, що витрачається більше тепла, ніж виділяється: Температура знижується - до досягнення нової рівноваги.
Це трапляється, коли температура суміші досягла точки замерзання солоного водяного льоду. Тільки тоді вода разом з окутуваними іонами може затвердіти до твердої суміші речовин - заздалегідь навіть солона вода, якщо взагалі, утворює лише чистий водний лід.
Що робить холод небезпечним для нас?
Біохімічні реакції, що відбуваються в наших клітинах і тканинах, розроблені таким чином, щоб проходити при температурі близько 37 ° C - у нашій шкірі навіть на кілька градусів нижче - і оптимально грати разом. Якщо температура в тканинах тіла опускається нижче цієї, метаболічні реакції спочатку сповільнюються. Це не надто трагічно - до тих пір, поки на складні молекулярні структури, розраховані також на 37 ° C, з яких ми виготовлені, охолодження не впливає.
Як тільки це відбувається, метаболізм уражених клітин виходить з ладу найпізніше, коли він наближається до робочої температури (тобто, коли тканина знову нагрівається). Через певний ступінь молекулярного розладу такі клітини спричиняють самознищення та покінчують життя самогубством, перш ніж їх дисфункція може завдати великої шкоди сусідам (молекулярні біологи називають цю запрограмовану клітинну смерть «апоптозом»).
Однак, якщо пошкоджені клітини не мають часу чи енергії, щоб пройти через контрольоване самознищення - наприклад, тому, що вони занадто швидко охолоджуються або нагріваються або різко пошкоджуються, відбувається клітинний GAU («найбільша аварія, яку слід припустити»).: Клітини руйнуються неконтрольовано, і, крім речовин, що сигналізують про тривогу (молекулярний «крик про допомогу»), через зруйновані клітинні стінки потрапляють речовини зсередини клітини, які можуть бути небезпечними для сусідніх клітин. Ми сприймаємо це як запальну реакцію, почервоніння, набряк, біль і - якщо помітно уражені великі ділянки тканин - як потворні рани - клітинний брухт ((молекулярні біологи називають цю неконтрольовану загибель клітини «некрозом»).
Оскільки в неконтрольованому брухті клітин неможливі впорядковані біохімічні реакції, а також надходження крові та, отже, кисню, «некротична», тобто тканина, яка потрапила в «GAU», більше не може заживати. Так само імунна захист не працює в таких ділянках тканин, так що некротизована тканина може легко заразитися бактеріями або іншими небажаними гостями.
Практично не має значення, чи є стільниковий GAU наслідком сильної спеки чи сильного холоду: опіки холодом та гарячі опіки не суттєво відрізняються за своїми наслідками. Таким чином, поява безповоротно зруйнованих тканин при нагріванні чи холоді відповідає опіку третього ступеня. І за деякими знімками, які я бачив на YouTube, опіки холодом від ІІІ до ІІІ ступеня холодною сумішшю, яка залишається на шкірі занадто довго, здається здійсненним без проблем!
Чому болять холодні речі
Людський організм захищається як від холодних, так і від гарячих опіків: шкіра оснащена больовими рецепторами, які спрацьовують хворобливі тривоги у разі спеки або холоду і забезпечують, що ми рефлекторно віддаляємось від джерела тепла або холоду перед тим, як справа доходить до найгіршого.
Зазвичай все одно. Той, хто бере участь у «випробуванні льодом і сіллю», намагається придушити саме цей захисний рефлекс. Чим «успішніше» у вас це виходить, тим небезпечніші травми, які від цього можуть бути!
Тому я настійно не рекомендую копіювати!
Як ви все ще можете експериментувати зі зниженням точки замерзання
Замість того, щоб наносити на шкіру суміш льоду та кухонної солі, ви можете так само легко змішати кубики льоду або сніг та сіль у ємності (бажано з пластику або нержавіючої сталі - скло та кераміка можуть розбитися при швидких перепадах температури!) І Виміряйте падіння температури за допомогою термометра.
Ви можете одразу організувати свій власний виклик: хто може досягти найнижчої температури за допомогою своєї суміші льодової кухонної солі?
Якщо ви дійсно хочете на власному досвіді відчути, наскільки холодною є суміш, тоді знову зніміть пальці, як тільки вам стане некомфортно (зазвичай це відбувається за лічені секунди)!
До речі, хіміки люблять використовувати такі «холодні суміші» льоду та кухонної солі в лабораторії, щоб ефективно охолоджувати реакційні судини без складних електронних пристроїв (крім машини для крижаних кубиків або морозильної камери): Таким чином, реакції, що виділяють багато енергії, можуть бути утримуваними або газоподібними Речовини в посудині розріджуються.
Ви вже контактували з «крижано-сольовим викликом» чи навіть брали в ньому участь? Або ви вже використовували холодну суміш для охолодження?