.webp)
Air merupakan substansi kimia yang unik juga mengagumkan. Tidak hanya sifat fisiknya saja yang menakjubkan tetapi juga perannya dalam kehidupan sehari-hari di Bumi.
Perkembangan wawasan terhadap air pun semakin berkembang. Terlebih air yang mungkin terlihat sama seperti cairan lainnya ternyata memiliki perilaku yang berbeda. Contohnya, jika kita melihat air tawar yang dibekukan kemudian menjadi es pasti dapat mengapung di atas air.
Akan tetapi, jika cairan alkohol yang dibekukan lalu diletakkan di dalam alkohol cair maka balok es tersebut akan segera jatuh ke dasar wadah.
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
Air yang terlihat biasa jika diletakkan dalam suhu rendah dan berubah menjadi beku, ternyata mengalami pemuaian. Selain itu, ketika suhu turun dan molekul air membeku, mereka akan membentuk kisi kristal dengan struktur heksagonal terbuka yang memberikan kepadatan lebih rendah.
Sifat menarik air lainnya adalah air memiliki kapasitas panas yang jauh lebih tinggi dibandingkan udara. Hal ini berarti lautan membutuhkan waktu lama untuk mengubah suhu secara signifikan namun mampu menahan panas dengan baik.
Udara yang bersentuhan dengan laut pun akan jadi lebih dingin akibat transfer energi antara air dan udara, sedangkan udara yang berada di atas daratan akan lebih cepat memanas.
Melalui sifat-sifat unik tersebut, peneliti pun mengembangkan wawasannya terkait air dan membuktikan dua jenis struktur cair pada suhu sangat rendah.
Keanehan Sifat Air Superdingin
Menurut Sander Woodsen dari University of Amsterdam, "air super dingin memiliki banyak sifat aneh," dikutip dari laman Education in Chemistry. Sifat aneh air semakin meningkat ketika didinginkan hingga tetap cair pada suhu jauh di bawah titik bekunya.
Pendinginan super ini hanya dapat terjadi jika air sangat bersih yang berarti tidak memiliki kotoran didinginkan tanpa memicu pembentukan es.
Umumnya, air sangat dingin ini ditemukan di atmosfer, terutama di awan yang tidak memiliki tempat nukleasi atau partikel pembentuk es. Air tersebut didinginkan hingga suhu -40 derajat Celsius tanpa mengkristal.
Air yang sangat dingin ini membeku secara tiba-tiba saat bersentuhan dengan partikel, seperti debu atau kristal es lainnya, atau saat diganggu.
Misalnya, ketika tetesan air cair yang sangat dingin berinteraksi dengan kepingan salju yang berjatuhan, mereka dapat menghasilkan butiran salju, yang terkadang disebut graupel.
Dalam beberapa dekade terakhir, para ilmuwan pun merancang model komputer untuk memahami apa yang terjadi pada air dengan suhu ekstrem. Salah satu teori yang dikemukakan adalah bahwa air super dingin mungkin terjadi dalam dua bentuk struktur yang berbeda.
Anders Nilsson dari Universitas Stockholm Swedia meyakini bahwa beberapa keanehan air berasal dari keberadaannya yang mengalami dua fase makroskopis.
Uji Struktur Air Pada Titik Beku
Pada tahun 2018, Anders Nilsson mempelopori penelitian tentang sistem air superdingin dengan metode sederhana berupa menambahkan jenis antibeku khusus yang mencegah pembekuan tetapi tidak mengubah struktur air.
Dengan menggunakan hydrazinium trifluoroasetat, penelitian tersebut mengkonfirmasi transisi cair-cair dalam fase kepadatan tinggi dan rendah.
Penelitian ini menyiapkan sampel di bawah tekanan dan suhu yang cukup rendah untuk menjaga molekul air tetap statis dan mengamati perubahan struktur yang terjadi secara tiba-tiba dengan adanya transisi cair-cair.
Kemudian, di tahun 2020 Bruce Kay dan Greg Kimmel dari Laboratorium Nasional Pacific Northwest Departemen Energi AS meneliti air cair dengan kepadatan tinggi dan rendah pada suhu sangat dingin.
Mereka menciptakan lapisan es tipis, yang disetrum dengan pulsa laser nanodetik untuk menghasilkan air superdingin sebelum mendingin kembali ke suhu awal.
Kemudian, mereka menggunakan spektroskopi inframerah untuk memantau perubahan struktur air sebelum dibekukan kembali.
Teknik ini sensitif terhadap konfigurasi ikatan hidrogen molekul air dan menunjukkan perubahan struktural bahwa air superdingin tidak hanya relatif stabil tetapi juga memiliki dua motif struktural.
Meskipun penelitian tersebut tampaknya menyelesaikan masalah adanya transisi fase cair-cair dalam air superdingin, namun Sander menilai masih banyak pertanyaan yang tersisa.
"Misalnya, apa perbedaan struktur dan dinamika kedua bentuk cairan air superdingin, dan faktor apa yang menentukan apakah suatu cairan dapat mengalami transisi cair-cair?" tambah Sander.
(pal/pal)
