Es Tidak Biasa Ditemukan dengan Kepadatan seperti Air Cair

VIVA Tekno – Para ilmuwan telah menciptakan bentuk es baru aneh yang memiliki kepadatan seperti air cair di mana itu menggunakan suhu sangat dingin dan beberapa bantalan bola baja.

Benda itu dikenal sebagai es amorf dengan kepadatan sedang. Berbeda dengan es kristal yang terbentuk secara alami di Bumi, es yang baru tercipta ini tidak memiliki struktur molekul yang teratur. Sebaliknya, molekul-molekulnya berada dalam ketidaksesuaian yang kacau, lebih seperti kaca.

Jenis es amorf lain telah dibuat sebelumnya, tetapi es tersebut jauh lebih padat daripada air cair. Versi Goldilocks baru dari es amorf ini berada tepat di tengah, hampir sama persis dengan kerapatan air cair, menurut penjelasan para peneliti dalam sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal Science.

"Ini sesuatu yang benar-benar baru," kata penulis senior studi Christoph Salzmann, seorang profesor kimia fisik dan material di University College London, mengutip dari situs Live Science, Senin, 6 Februari 2023.

Ketika es membeku secara normal di Bumi , molekul-molekulnya menumpuk menjadi struktur kristal yang teratur. Es kristal ini adalah salah satu keanehan H2O karena benda padat itu mengapung di atas air cair dalam keadaan padat, bukannya tenggelam.

Hal ini disebabkan celah yang relatif besar pada struktur kristal es air, dibandingkan dengan bahan lain yang membentuk struktur lebih padat saat mengkristal. Namun jika dimanipulasi dengan benar, air cair juga dapat membeku dalam keadaan amorf yang tidak teratur. 

Es amorf dengan kepadatan rendah ditemukan pada tahun 1930-an. Itu dibuat dengan menyimpan uap air pada permukaan yang sangat dingin. Proses ini terjadi secara alami di luar angkasa, kata Salzmann. Jadi es amorf berkepadatan rendah mungkin merupakan bentuk es paling umum di alam semesta. 

Pada 1980-an, para peneliti menemukan bahwa mereka juga dapat membuat es amorf berkepadatan tinggi dengan mengompresi es biasa pada suhu yang sangat rendah. Tapi tidak pernah ada pembuatan es amorf dengan kepadatan sedang hingga akhirnya ide ini tercipta.

Ball mill adalah perangkat seperti pengocok koktail yang sangat canggih. Suatu bahan dimasukkan ke dalam ruang dengan bola baja tahan karat dan dikocok atau diputar sampai bahan tersebut digiling. Penggilingan bola digunakan di banyak industri, tetapi sangat bagus untuk membuat bahan amorf dan menggiling bahan lunak dan beku menjadi bubuk, kata Salzmann. 

Para peneliti berharap ball mill hanya akan memecah kristal es menjadi kristal es yang lebih kecil. Tapi bukan itu yang terjadi. Sebaliknya, bola baja yang berjatuhan itu memotong dan menekan kristal es, mendorongnya ke dalam keadaan baru yang tidak teratur. Hasilnya adalah es amorf dengan kepadatan sedang.

Bentuk es baru terbentuk pada 77 kelvin atau minus 321 derajat Fahrenheit (minus 196 derajat Celcius). Ini memiliki beberapa sifat aneh di luar kerapatannya, 1,06 gram per sentimeter kubik (0,037 ons per 0,06 inci kubik). Air memiliki kepadatan 1 gram per sentimeter kubik, atau 0,035 ons per 0,06 inci kubik. 

Para peneliti mengompres es dengan kepadatan sedang dan memanaskannya hingga minus 185 F (minus 120 derajat C)  di mana es direkristalisasi, melepaskan sejumlah besar panas.

"Dengan bentuk es (amorf) lain, jika Anda mengompresnya dan melepaskan tekanannya, sepertinya tidak terjadi apa-apa. Tapi MDA (es amorf kepadatan menengah) entah bagaimana memiliki kemampuan untuk menyimpan energi mekanik dan melepaskannya melalui pemanasan," jelasnya.

Es amorf dengan kepadatan sedang mungkin terjadi secara alami di bulan es planet raksasa gas, kata Salzmann, di mana gaya gravitasi dari dunia yang sangat besar itu menekan dan menggeser es bulan. Jika demikian, energi mekanik yang tersimpan dalam bentuk es ini dapat memengaruhi tektonik di bulan-bulan mirip Hoth ini.

Memahami es amorf dengan kepadatan sedang juga dapat membantu peneliti memahami air cair dengan lebih baik secara lebih umum. Air itu aneh bukan hanya karena bentuk kristalnya yang mengapung tetapi juga karena memiliki sifat unik lainnya, seperti tegangan permukaan yang tinggi serta titik leleh dan titik didih yang tinggi.