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

Seluruh proses ini berlangsung sangat cepat karena struktur kristal memang dirancang alam untuk berubah ketika menerima energi panas yang cukup.

Inilah sebabnya mengapa es batu yang dikeluarkan dari freezer akan segera mencair ketika diletakkan di atas meja.

Struktur Acak

Keadaan menjadi berbeda pada Amorphous Solid Water. Di dalam material ini, molekul air tidak membentuk kisi kristal yang teratur. Sebaliknya, molekul-molekul tersebut membeku dalam posisi yang acak dan “terkunci”.

Struktur seperti itu membuat material memasuki kondisi yang dalam ilmu material dikenal sebagai keadaan metastabil, yakni keadaan yang sebenarnya bukan kondisi paling stabil, tetapi dapat bertahan cukup lama karena ada hambatan energi yang besar untuk berubah.

Dengan menggunakan teknik tekanan tinggi dan pengaturan kondisi yang sangat presisi, para peneliti dapat mempertahankan susunan amorf tersebut sehingga transisi menuju fase cair menjadi jauh lebih sulit dibandingkan es biasa.

Artinya, sebelum mencair, molekul-molekul air harus terlebih dahulu mengatasi hambatan energi yang lebih besar daripada yang dialami es kristal.

Fenomena ini bukan berarti ASW kebal terhadap panas. Material tersebut tetap akan berubah apabila kondisi tertentu tercapai. Namun, jalur perubahan fasenya jauh lebih kompleks sehingga perilakunya tampak “enggan mencair”.

Dalam ilmu material, kondisi seperti ini juga ditemukan pada berbagai jenis kaca logam (metallic glass), polimer amorf, hingga silikon amorf yang digunakan pada panel surya.

Lebih Mirip Kaca

Karena tidak memiliki struktur kristal, banyak ilmuwan menganggap ASW lebih dekat dengan kategori kaca dibandingkan es. Kaca sendiri sebenarnya bukan padatan kristal, melainkan cairan yang mengalami pembekuan tanpa sempat membentuk pola atom yang teratur.

Prinsip serupa terjadi pada ASW. Molekul air “dibekukan” sebelum sempat menyusun kisi kristal sebagaimana terjadi pada es konvensional. Konsep inilah yang membuat penelitian mengenai air amorf menjadi sangat penting dalam ilmu fisika kaca (glass physics), salah satu bidang yang hingga kini masih menyimpan banyak pertanyaan mendasar.

Bahkan hingga sekarang, ilmuwan masih memperdebatkan bagaimana tepatnya air bertransisi dari keadaan cair menuju fase kaca dan bagaimana hubungan berbagai bentuk air amorf dengan air cair pada suhu sangat rendah.