Misteri Kaca

Air memiliki beberapa sifat yang luar biasa. Air adalah satu-satunya zat alami yang dapat ditemukan berbentuk 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, tegangan permukaannya tinggi, dan tidak dapat dimampatkan.

Perbedaan itu sangat menarik bagi para kimiawan, terutama kelakuan anehnya pada transisi ke fase kaca. “Fase kaca” adalah bagian dari zat padat. Air kaca dan es, misalnya. Memiliki unsur kimia dan bentuk yang sama tetapi berbeda strukturnya. Struktur es berbentuk Kristal, sedangkan “kaca” strukturnya pendek dan tebal. Ketika air bertransisi ke fase kaca, air berlaku sangat aneh, sebuah fakta yang menyenangkan peneliti.

Professor dari Arizona State University, C. Austen Angell, telah menemukan fakta penting yang menjelaskn kelakuan aneh air pada trasisi kaca tersebut. Penelitiannya dipublikasikan dalam Jurnal Science edisi 1 Februari 2008. “Kita tahu banyak mengenai kaca yang membentuk silica, gula dan loga,. Logam kaca ini digunakan untuk bahan stik golf. Tapi, pentingnya “air kaca” dan peranannya dalam menjelaskan sifat air, masih misteri,” ujar Angell.

Banyak bentuk kaca naik bertahap dalam kapasitas panas sehingga titik transisi kunci dicapai. Pada titik suhu kaca, materi akan melompat ke zona kapasitas panas dua kai lebih tinggi, dan berubah dari padat menjadi cairan viskositas tinggi. Hal itu muncul bahkan dalam laruta air sebagai komponen utamanya. Dalam air murni, sesuatu yang berbeda terjadi. Ketika air kaca dingin dipanaskan, kapasitas tanahnya tak berubah hingga 136 K , tetapi pada panas 150 K, air mengalami kristalisasi. Didekati dari arah lain pun, air menghasilkan efek yang sama.

Angell menguji dalam suhu 150-250K. ia menduga disitu transisi kaca untuk “air kaca” terjadi. Ia melihat perilaku air yang sangat dingin dan es kaca saat dikurung oleh nano. Air nanoconfined adalah air yang dimasukkan ke pori dengan diameter 2nm (± 5 kali skala ikata kimia). Memakai sifat air pada fase ini dan mengombinasikan dengan sifat air dari hukum termodinamis, ia dapat memperkirakan kapasitas panas yang mungkin terjadi di daerah itu, dan memunculkan transisi koperatif untuk menjelaskan kelakuan aneh materi tersebut.

“Kapasitas panas air tia-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 tidak dapat berkristalisasi. Kami menemuka kelakuan yang sama tetapi tanpa data jarak,” kata Angell.

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

Hal itu memberi Angell ide baru untuk menjelaskan kelakuan aneh air super dingin, sesuatu yang teramati namun tak memerlukan titik kritis. “Saya ingin menemukan jawaban dari teka-teki, apa yang terjadi pada suhu 150-250K, dan saya bekerja dari fase kaca dan kurungan nano. Air berukuran besar tak akan seperti itu. Tapi bagaimanapun, inilahb bagian penting dari keseluruhan dan mendukung kesimpulan bahwa air memiliki termodinamis yang berbeda dari cairan pembentuk kaca lainnya,” kata C. Austen Angell menutup teorinya.