Предизвикателството със студената смес: Защо ледът и солта болят толкова силно по кожата?

Преди пет години „предизвикателството с лед и сол“ за невероятна студена смес за първи път обиколи Youtube: Youtubers поръсват готварска сол върху голата си кожа и след това добавят кубчета лед. Явно всичко става много студено - и предизвикателството е да издържите студа достатъчно дълго.

Преди година тази луда идея за пореден път направи вълни в медиите:

Защото това предизвикателство е опасно!

Тъканите на тялото се нараняват точно толкова от студ, колкото и от топлина: ледът и солта заедно стават толкова студени, че могат да доведат до така наречените студени изгаряния до втора или трета степен!

Един читател правилно пита: Защо ледът и солта заедно болят толкова много по кожата?

Отговорът е: Тъй като сместа става много студена! Ако ледът и готварската сол се смесят в равни части, температурата на сместа може да спадне от точката на топене на чиста вода при 0 ° C до -17 ° C, дори в по-топла среда!

Защо ледът със сол става особено студен

Всъщност във физиката няма такова нещо като „студено“. Това, което възприемаме като студ, е резултат от липса на топлина - тоест от ниска енергия. Така че, когато нещо се охлади, енергията се изтегля от него. И според законите на термодинамиката тази енергия не трябва просто да изчезне.

Това също не е така: В смес от лед и готварска сол няколко феномена, които използват топлина за своите цели, играят заедно:

Топлина: Топенето изисква енергия!

Експериментът, който публикувах тук миналия петък, показа: Дори процесът на топене като такъв изисква енергия, наречена в този контекст „топлина на сливане“, която се извлича от топящото се вещество и околностите му под формата на топлина: температурата при Повърхността на топящия се лед се настройва на 0 ° C и не се издига дори в по-топла среда.

Нито намалява по-нататък: докато при точката на топене, която е известна още като точка на замръзване, водните частици от твърдата ледена решетка стават подвижни, т.е. течност, други, подвижни водни частици се пренареждат в решетката, т.е. стават твърди. И в процеса се отделя съответната топлина на синтез.
Ледът и водата са в равновесие, както описва Льо Шателие на летището!

Веднага щом се установи това равновесие, се отделя толкова топлина от синтез, колкото се абсорбира: температурата на участващите вещества не се променя.

Ако сега топлината попадне в тази система от околната среда, равновесието се измества отстрани с топлина и по този начин към течна вода: ледът се топи.

Депресия в точката на замръзване: водните молекули не са способни на многозадачност!

Точката на замръзване на физиологичен разтвор във вода е по-ниска от точката на замръзване на чиста вода. Прилага се следното: колкото по-висока е концентрацията на разтвора (т.е. колкото повече сол се смесва с водата), толкова по-ниска е точката му на замръзване. Химиците и физиците наричат този ефект "понижаване на точката на замръзване".

Разтварянето на готварска сол, т.е. натриев хлорид, във вода означава, че натриевите и хлоридните йони се смесват индивидуално с водните молекули. Всеки йон е обвит от определен брой водни молекули (химиците казват „хидратирани“). Тези водни молекули, които са „заети“ с обвиващи йони, вече не са достъпни за замразяване - тоест превръщането на течната вода в лед от дясно на ляво в горното уравнение.

Съгласно закона на Le Châtelier, равновесието се измества към течна вода, за да компенсира „загубата“ на течна вода: повече лед се топи, отколкото се втвърдява. Това означава, че се изразходва повече топлина, отколкото се отделя: Температурата намалява - до достигане на ново равновесие.

Това се случва, когато температурата на сместа достигне точката на замръзване на лед със солена вода. Само след това водата заедно с обвитите йони може да се втвърди в твърда смес от вещества - предварително дори солената вода, ако изобщо, само образува чист воден лед.

Какво прави студа опасен за нас?

Биохимичните реакции, които протичат в нашите клетки и тъкани, са проектирани да протичат при около 37 ° C - в кожата ни дори на няколко градуса под това - и да играят оптимално заедно. Ако температурата в телесната тъкан падне под това, метаболитните реакции първоначално се забавят. Това не е твърде трагично - докато сложните молекулярни структури, проектирани също за 37 ° C, от които сме създадени, не са засегнати от охлаждането.

Веднага щом това се случи, метаболизмът на засегнатите клетки излиза от стъпка най-късно, когато се приближи до работната температура (т.е. когато тъканта отново се затопли). От определена степен на молекулярно разстройство такива клетки причиняват самоунищожение и се самоубиват, преди тяхната дисфункция да причини големи щети на съседите им (молекулярните биолози наричат тази програмирана клетъчна смърт „апоптоза“).

Ако обаче увредените клетки нямат време или енергия да преминат през контролираното самоунищожение - например, защото се охлаждат или нагряват твърде бързо или са драстично повредени по друг начин, възниква клетъчен GAU („най-големият инцидент, който се предполага“).: Клетките се унищожават по неконтролиран начин и в допълнение към алармените сигнални вещества (молекулярен „вик за помощ“), вещества от вътрешността на клетката, които могат да бъдат опасни за съседните клетки, преминават през разрушените клетъчни стени. Ние възприемаме това като възпалителна реакция, зачервяване, подуване, болка и - ако големи части от тъканите са видимо засегнати - като грозни рани - клетъчен скрап - (молекулярните биолози наричат тази неконтролирана клетъчна смърт „некроза“).

Тъй като в неконтролиран клетъчен скрап не са възможни подредени биохимични реакции и не е възможно доставяне на кръв и по този начин кислород, „некротичен“, т.е. Не лекувайте тъкани, които са потънали в „GAU“. По същия начин имунната защита не работи в такива тъканни области, така че некротичната тъкан може лесно да бъде заразена от бактерии или други нежелани гости.

Практически няма разлика дали клетъчното топене е причинено от екстремни горещини или екстремни студове: студените изгаряния и горещите изгаряния не се различават значително по своите последици. Появата на необратимо разрушена тъкан от топлина или студ съответства на изгаряне от трета степен. И според някои от снимките, които съм виждал в YouTube, изгаряния от втора до трета степен със студена смес, която остава на кожата твърде дълго, изглеждат осъществими без никакви проблеми!

Защо студените неща болят

Човешкото тяло се предпазва както от студени, така и от горещи изгаряния: кожата е снабдена с рецептори за болка, които задействат болезнени аларми в случай на топлина и студени стимули и гарантират, че рефлекторно се отдалечаваме от източника на топлина или студ преди стига се до най-лошото.

Обикновено така или иначе. Който участва в „предизвикателството с лед и сол“, се опитва да потисне точно този защитен рефлекс. Колкото по-успешни сте в това, толкова по-опасни са нараняванията, които могат да произтекат от това!

Затова силно препоръчвам да не копирате!

Как все още можете да експериментирате с понижаване на точката на замръзване

Вместо да нанасяте смес от лед и готварска сол върху кожата си, можете също толкова лесно да смесите кубчета лед или сняг и сол в контейнер (за предпочитане от пластмаса или неръждаема стомана - стъклото и керамиката могат да се счупят при бързи температурни промени!) И Измерете спада на температурата с термометър.

Можете веднага да организирате собственото си предизвикателство: кой може да достигне най-ниската температура със сместа си от ледена маса?

Ако наистина искате сами да почувствате колко студена е сместа, тогава свалете пръстите си отново веднага щом се почувствате неудобно (това обикновено се случва за секунди)!

Между другото, химиците обичат да използват такива „студени смеси“ от лед и готварска сол в лабораторията, за да охлаждат ефективно съдовете за реакция без сложни електронни устройства (освен машината за ледени кубчета или фризера): Това означава, че реакциите, които отделят много енергия, могат да бъдат контролирани или газообразни Веществата в съда се втечняват.

Вече сте влезли в контакт с „предизвикателството с ледена сол“ или дори сте участвали в него? Или вече сте използвали студена смес за охлаждане?