CALIFORNIA, POSNEWS.CO.ID – Lupakan sejenak materi gelap atau asal-usul alam semesta. Misteri fisika terbesar mungkin justru berada tepat di dapur Anda, di dalam segelas air dingin.
Coba masukkan es batu ke dalam air. Fakta bahwa es itu mengapung adalah keanehan pertama. Kebanyakan zat lain akan tenggelam dalam bentuk padatnya.
Misteri kian dalam jika kita mengukur suhunya. Di bagian atas dekat es, suhu mendekati 0°C, tetapi di dasar gelas, suhu justru sekitar 4°C. Mengapa? Karena air memiliki sifat ajaib: ia paling padat dan berat pada suhu 4°C, bukan pada titik bekunya.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Sifat ini krusial bagi kehidupan. Karena es kurang padat daripada air (dan air dingin kurang padat daripada air 4°C), danau dan lautan membeku dari atas ke bawah. Ini memungkinkan kehidupan di dasar danau tetap bertahan selama zaman es.
Namun, selama ini belum ada satu teori pun yang benar-benar memuaskan para ilmuwan untuk menjelaskan mengapa air berperilaku aneh seperti ini.
Teori “Dua Wajah” Air
Kini, fisikawan Anders Nilsson dari Universitas Stanford dan Lars Pettersson dari Universitas Stockholm menawarkan jawaban yang mengguncang buku teks modern. Mereka menghidupkan kembali teori berusia seabad dari Wilhelm Roentgen, penemu sinar-X.
Gagasannya radikal: Cairan air tidak tersusun hanya dengan satu cara, melainkan dua cara berbeda yang bercampur.
Kunci utamanya ada pada ikatan hidrogen. Molekul air (H2O) terdiri dari oksigen (muatan negatif) dan hidrogen (muatan positif) yang saling tarik-menarik.
Dalam bentuk es, molekul air tersusun rapi membentuk piramida segitiga atau tetrahedron. Setiap molekul dikelilingi oleh empat tetangga dalam ikatan yang kuat. Pandangan konvensional mengatakan air cair juga memiliki struktur tetrahedral ini, hanya saja lebih longgar.
Kejutan Sinar-X
Namun, Nilsson dan Pettersson menemukan sesuatu yang sensasional 10 tahun lalu saat menggunakan spektroskopi penyerapan sinar-X (X-ray absorption spectroscopy).
Saat meneliti asam amino glisin dalam air, mereka melihat spektrum air yang jauh lebih menarik daripada target penelitiannya. Mereka menemukan puncak penyerapan yang tidak diprediksi oleh model tradisional.
Temuan mereka, yang didukung oleh makalah tahun 2004, menyimpulkan hal mengejutkan: pada saat tertentu, 85% ikatan hidrogen dalam air sebenarnya melemah atau putus. Ini jauh lebih besar dari estimasi buku teks yang hanya 10%.
“Apa yang kami lihat di sana sensasional, jadi kami harus menyelesaikannya sampai tuntas,” kenang Nilsson.
Dua Struktur yang Bertarung
Untuk mengonfirmasi klaim ini, mereka menggandeng Shik Shin dari Universitas Tokyo. Menggunakan spektroskopi emisi sinar-X, tim ini mendapatkan “emas”.
Spektrum menunjukkan dua puncak berbeda. Puncak gelombang panjang menunjukkan molekul yang tersusun rapi (tetrahedral), sedangkan puncak gelombang pendek—yang lebih intens—menunjukkan molekul yang tidak teratur (disordered).
Kesimpulannya? Air cair tampaknya merupakan campuran dari dua struktur terpisah: struktur tetrahedral yang teratur (mirip es) dan struktur yang lebih kacau dengan ikatan lemah.
Jika teori ini benar, maka air bukanlah cairan tunggal yang sederhana. Ia adalah arena pertarungan antara dua struktur molekul yang berbeda, sebuah dualitas yang mungkin menjadi kunci keberlangsungan kehidupan di Bumi.
Penulis : Ahmad Haris Kurnia
Editor : Ahmad Haris Kurnia
