Melawan Takdir Fisika: Ketika Es “Enggan Mencair” di Suhu Kamar

NAMUN, ilmu pengetahuan modern kembali menunjukkan bahwa alam jauh lebih rumit daripada yang tampak. Di laboratorium fisika material, para peneliti berhasil menunjukkan bahwa air ternyata dapat berada dalam keadaan padat tanpa mengikuti perilaku es yang kita kenal sehari-hari. Mereka mempelajari bentuk air yang disebut Amorphous Solid Water (ASW) atau air padat amorf, suatu fase padat yang memiliki sifat sangat berbeda dari es biasa.

Dalam kondisi tertentu, material ini tidak langsung berubah menjadi air meski berada pada suhu yang secara normal sudah cukup untuk melelehkan es. Temuan tersebut bukan berarti hukum termodinamika dilanggar, melainkan menunjukkan bahwa struktur internal suatu material dapat membuat perilakunya berbeda dari yang selama ini kita pahami.

Penemuan ini membuka jendela baru untuk memahami sifat dasar air, salah satu molekul paling sederhana sekaligus paling misterius di alam semesta.

Air Ternyata Memiliki Banyak “Wajah”

Selama ini kebanyakan orang hanya mengenal tiga fase air: padat, cair, dan gas. Padahal, para ilmuwan telah menemukan bahwa air memiliki lebih dari 20 fase berbeda ketika berada pada kombinasi tekanan dan suhu tertentu.

Sebagian besar fase tersebut merupakan berbagai jenis es dengan struktur kristal yang berbeda-beda. Es yang terbentuk di freezer rumah merupakan Ice Ih, yakni es dengan struktur heksagonal yang stabil pada tekanan atmosfer.

“Meskipun es heksagonal merupakan satu-satunya bentuk es yang ditemukan secara alami di Bumi, sebagian besar air padat di alam semesta justru berada dalam bentuk amorf,” ujar Zachary Amato dari Rutherford Appleton Laboratory, Inggris dan Peneliti ASW.

Namun, di bawah tekanan yang sangat tinggi atau suhu yang sangat rendah, molekul-molekul air dapat membentuk susunan yang sama sekali berbeda. Di sinilah muncul Amorphous Solid Water, yaitu air padat yang tidak memiliki pola kristal teratur.

Alih-alih tersusun seperti kisi-kisi geometris yang rapi, molekul air pada ASW tersusun secara acak, menyerupai struktur kaca. Karena itulah para ilmuwan sering menyebutnya sebagai glassy water atau air berbentuk kaca.

Fenomena ini sebenarnya telah diketahui sejak puluhan tahun lalu. ASW banyak ditemukan secara alami di ruang angkasa, terutama pada permukaan debu antarbintang, inti komet, satelit es, dan awan molekuler yang sangat dingin. Di lingkungan tersebut, uap air membeku begitu cepat sehingga molekul-molekulnya tidak sempat menyusun diri menjadi kristal.

“ASW berperilaku seperti padatan amorf yang terlebih dahulu berubah menjadi cairan sangat superdingin sebelum akhirnya membentuk Kristal,” ucap Bruce D. Kay dari Pacific Northwest National Laboratory.

Mengapa Es Biasa Mudah Mencair?

Es konvensional memiliki struktur kristal yang sangat teratur. Setiap molekul air berada pada posisi tertentu yang membentuk pola berulang.

Ketika suhu meningkat, energi panas membuat molekul-molekul tersebut bergetar semakin kuat. Getaran itu akhirnya memutus ikatan hidrogen yang menjaga struktur kristal tetap stabil. Begitu jaringan kristal runtuh, es berubah menjadi air cair.