Penemuan Air yang Aneh, Berbentuk Cair Sekaligus Padat

Naviri.Org - Air ada di sekeliling kita, di mana-mana, dalam berbagai wadah dan lingkungan. Ada air sungai, air di got, air di kolam, ada pula air minum yang biasa kita konsumsi, atau air keran dan air di kamar mandi yang biasa digunakan untuk membersihkan tubuh setiap hari.

Semua air itu memiliki bentuk seragam atau serupa, yaitu cair. Memang ada air yang membeku, yang biasa kita sebut es, namun air beku harus melalui proses pembekuan, yang biasanya kita lakukan dengan freezer atau lemari es.

Namun, kini, ilmuwan menemukan bentuk air yang aneh dan tak biasa. Para peneliti baru saja mengonfirmasi bentuk baru air yang cukup unik, memiliki sifat padat dan cair pada waktu bersamaan. Ilmuwan berhasil membuktikan bentuk baru ini dalam sebuah studi yang dipublikasikan di jurnal Nature Physics.

Marius Millot, ahli fisika di Lawrence Livermore National Laboratory di California, AS, sekaligus pemimpin studi, menjelaskan bahwa temuan ini adalah "suatu keadaan materi yang aneh."

Ilmuwan menyebut bentuk baru ini sebagai air 'superionic', dan ia mengandung kisi-kisi atom oksigen yang kaku. Hal tersebut membuat nuclei atau inti dari hidrogen yang bermuatan positif tetap dapat bergerak.

Tidak diketahui apakah bentuk ini dapat terbentuk secara alami di Bumi, tetapi besar kemungkinan jenis air baru ini banyak ditemukan di tata surya kita, seperti bagian mantel planet Uranus dan Neptunus.

Molekul yang sederhana

Sejatinya, air adalah molekul yang sederhana, terbuat dari dua atom hidrogen yang menempel pada sebuah atom oksigen. Tiga atom tersebut biasanya memiliki bentuk seperti huruf V.

Pada es di Bumi, tiga atom berbentuk V itu saling terhubung dalam suatu struktur yang lapang. Itu sebabnya air, tidak seperti zat lain, mengembang ketika membeku. Ketika hidrogen dan oksigen dalam air mendapat tekanan, mereka akan membentuk suatu struktur kristal baru, yang kini diketahui para peneliti memiliki banyak bentuk es yang berbeda-beda.

Telah ada teorinya

Tiga puluh tahun sebelumnya, para ahli teori fisika dunia berpendapat bahwa air 'superionic' dapat tercipta di bawah tekanan tinggi yang sangat ekstrem, dan juga temperatur panas.

Panas akan mencairkan ikatan kimia antara atom hidrogen dan oksigen. Tekanan tinggi akan menjaga oksigen atom yang lebih besar dan berat tersusun dalam kristal. Dengan kata lain, membuat air berbentuk padat, sementara inti hidrogen atau ionnya akan tetap berbentuk cair.

Hal tersebut akan membuat air menjadi sebuah konduktor listrik seperti metal, tetapi arusnya akan dihantarkan oleh ion positif, bukan elektron negatif.

"Ini seperti air es yang sebagiannya mencair," ujar Raymond Jeanloz, profesor ilmu Bumi dan planet di University of California, Berkeley, AS, yang juga salah satu anggota studi, seperti dikutip New York Times.

Eksperimen yang dilakukan

Dalam sebuah penelitian terbaru, ilmuwan di Lawrence Livermore mengapit air di antara dua potongan berlian, dengan tekanan sekitar 360 ribu pon per inci kuadrat. Itu sama dengan 25 ribu kali lebih besar dibandingkan tekanan udara yang kita rasakan di permukaan Bumi.

Hal itu menyebabkan air berubah menjadi suatu tipe es, yang diketahui bernama es VII, yang 60 persen lebih padat dibandingkan air biasa, dan memiliki bentuk padat pada temperatur ruangan.

Para peneliti kemudian membawa es yang telah dikompres tersebut ke University of Rochester, untuk kemudian 'ditembakkan' dengan cahaya laser.

Hal tersebut menyebabkan terjadinya gelombang kejut melewati es yang berlangsung selama sepersejuta detik, memanaskannya hingga ribuan derajat, sekaligus memberikan tekanan jutaan kali lipat dibandingkan atmosfer Bumi. Kondisi tersebut dapat ditemukan di Uranus serta Neptunus, sekaligus planet-planet es raksasa lainnya di alam semesta.

Eksperimen sebelumnya yang dilakukan tim lain sebenarnya telah berhasil membuat air konduktif yang hampir menyamai air 'superionic', tetapi para peneliti tersebut tidak dapat menemukan apakah listrik dihantarkan oleh ion atau elektron.

Pada eksperimen yang sekarang, Millot dan timnya berhasil menangkap penampakan optikal dari es tersebut. Mereka berhasil menemukan listrik dihantarkan oleh ion karena pada sampel tidak ditemukan tanda-tanda elektron yang bergerak. Mereka menemukan sampel menjadi buram, yang mengindikasikan pergerakan ion.

Planet Uranus

Es 'superionic' ini berbeda dengan es biasa, mereka baru dapat menjadi cair pada temperatur ekstrem sekitar 4.704 derajat celcius.

"Ini adalah eksperimen menakjubkan dan hasilnya konsisten," kata Roberto Car, profesor kimia di Princeton. Ia menjelaskan hasil konsisten tersebut sejalan dengan prediksi teori dan juga prediksi komputer.

Es 'superionic' dapat membantu menjelaskan medan magnetik dari Uranus serta Neptunus yang miring dan tidak tepat di pusat planet-planet tersebut. Berbeda dengan medan magnetik Bumi yang tercipta pada inti planet, medan magnetik di Uranus dan Neptunus mungkin tercipta di lapisan es 'superionic' pada mantelnya.

Jeanloz menjelaskan, keselarasan antara eksperimen dan prediksi membuat para peneliti mulai memahami fisika dasar atas bagaimana molekul bereaksi di bawah perubahan temperatur, sekaligus tekanan yang dapat dimanfaatkan untuk penggunaan praktis.

"Jika seseorang mulai memvalidasi prediksi yang ada, itu memberikan harapan bagaimana kita bisa menciptakan material baru," ujar Jeanloz.

"Anda hanya perlu memberitahu jenis properti yang diinginkan, dan seseorang akan menggunakan komputer untuk mencari tahu jenis material serta elemen yang harus dikumpulkan, dan bagaimana mereka harus tersusun untuk bisa membuatnya," tambahnya.

Car, salah seorang peneliti yang telah mempelajari es 'superionic' dalam simulasi komputer, berpendapat bahwa ada banyak jenis dari es 'superionic' yang dapat ditemukan, dengan mengubah struktur kristal atom oksigen pada tekanan yang lebih tinggi.

Hal tersebut tidak akan mudah untuk ditemukan, tetapi ia cukup terpukau bahwa teori ini berhasil divalidasi.

"Saya selalu terkejut dengan kecerdikan orang-orang bereksperimen," katanya tentang keberhasilan tim studi memproduksi es 'superionic' untuk memverifikasi teori yang ada.

Baca juga: Penemuan Manuskrip Terlarang dari Zaman Kuno