Misteri "Air Kaca"

Ilmuan Memecahkan Misteri "Air Kaca"


Air mempunyai beberapa sifat yang luar biasa. Air adalah satu-satunya zat alami yang dapat ditemukan dalam tiga keadaan (padat, cair dan gas) dalam jarak suhu natural bumi. Bentuk padatnya kurang rapat daripada bentuk cairnya, itulah mengapa es mengapung. Air juga dapat menyerap panas dalam jumlah banyak, mempunyai tegangan permukaan yang tinggi dan tidak dapat dimampatkan.

Perbedaan air yang jarang diketahui, tetapi sangat menarik bagi kimiawan adalah kelakuan anehnya pada transisinya ke fase kaca. “Fase kaca” adalah bagian dari zat padat. Air kaca dan es misalnya mempunyai struktur kimia dan bentuk yang sama tetapi berbeda struktur. Es berbentuk kristal sedangkan “kaca” pendek dan tebal. Ketika air bertransisi ke fase kaca, air berlaku sangat aneh, sebuah fakta yang mencengangkan peneliti.

Profesor dari Arizona State University C. Austen Angell telah menemukan petunjuk penting yang menjelaskan kelakuan aneh air pada transisi kaca dan menambah informasi penting pada air di fase cair. Penelitiannya dipublikasikan pada jurnal Science edisi 1 Februari 2008. “Kita tahu banyak mengenai kaca yang membentuk silica, gula dan logam. Logam kaca kini digunakan sebagai bahan stik golf. Tetapi pentingnya air “kaca” dan peranannya dalam menjelaskan sifat air masih misteri” sebut Angell.

Banyak bentuk kaca mengalami kenaikan bertahap dalam kapasitas panas hingga titik transisi kunci dicapai. Pada titik suhu kaca ini materi akan melompat ke zona kapasitas panas yang dua kali lipat lebih tinggi dan berubah dai padat menjadi cairan viskositas tinggi. Hal ini muncul bahkan pada larutan dimana air adalah komponen utama. Pada air murni sesuatu yang berbeda terjadi. Ketika air kaca dingin dipanaskan, kapasitas panasnya tidak berubah hingga 136 K. kemudian pada 150 K air mengalami kristalisasi. Jika didekati dari arah lain, air juga menghasilkan efek aneh yang sama.

Angell ingin tahu apa yang berlangsung pada suhu 150-250 K. Dia menduga disitulah transisi kaca untuk air kaca terjadi. Dia memecahkan masalah dengan melihat perilaku air yang sangat dingin dan es kaca yang dikurung secara nano. Air nanoconfined adalah air yang dimasukkan ke pori dengan diameter 2 nm ( sekitar 5 kali skala ikatan kimia). Menggunakan sifat air pada fase ini dan mengkombinasikannya dengan sifat air yang disimpulkan dari hukum termodinamis, dia dapat memperkirakan kapasitas panas yang mungkin terjadi pada daerah itu dan memunculkan transisi koperatif untuk menjelaskan kelakuan aneh materi tersebut.

“Kapasitas panas air tiba-tiba menggila mendekati transisi ini dan sebelum tahu apa yang terjadi, air berkristalisasi. Salah satu trik untuk mengetahui apa yang terjadi adalah menaruh air dalam kurungan berukuran nano sehingga air tak bisa berkristalisasi. Kami menemukan kelakuan yang sama tapi tanpa data jarak .” sebut Angell

Menurut Angell, air tidak berperilaku seperti pembentuk kaca lainnya dan kurang memiliki karakteristik lompatan kapasitas panas ke fase kaca; tetapi karena banyaknya ikatan hidrogen air berlaku seperti fase kristalin, membuat terjadinya transisi order-disorder. Transisi ini menyerap semua kapasitas panas disekitar 220 K sehingga membuat transisi kaca pada 136 K tak begitu dramatis.

Ini juga memberi Angell ide untuk skenario baru untukmenjelaskan kelakuan aneh air super dingin, sesuatu yang sesuai dengan kelakuan yang teramati namun tak memerlukan titik kritis. “Saya ingin menemukan jawaban dari teka-teki apa yang terjadi pada suhu 150-250 K, dan saya bekerja dari fase kaca dan kurungan nano. Air dalam ukuran besar tak akan seperti itu. Tapi bagaimanapun inilah bagian penting dari keseluruhan dan mendukung kesimpulan yang kita dapat yaitu air memiliki termodinamis yang berbeda dari cairan pembentuk kaca lainnya.” jelas Angell


Sumber: Arizona State University