Dalam keseharian, kita tahu bahwa air ada dalam tiga bentuk: gas dalam bentuk uap air, cair seperti air pada suhu ruangan, dan padat pada suhu dingin dalam bentuk es. Namun ternyata ada juga es yang suhunya justru sangat panas. Kira-kira bisa mencapai setengah dari suhu matahari. Dialah es superionik.
Apa itu es superionik?
Es superionik adalah bentuk lain dari es yang muncul pada tekanan dan suhu yang sangat tinggi. Tekanan yang diperlukan paling tidak 100 Gigapascal. Tekanan ini hampir satu juta kali lipat dari tekanan atmosferik yang biasa kita rasakan di bumi. Sementara suhunya mencapai 3000 Kelvin atau sekitar 2700 derajat Celcius. Suhu ini merupakan setengah dari suhu permukaan matahari. Kalau kita punya cara untuk membawa es ini secara instan ke bumi, maka es ini akan mengalami ledakan dekompresi cepat dan langsung berubah jadi uap air biasa.
Struktur molekul es superionik
Jika pada air biasa, kita ketahui bahwa struktur molekulnya terdiri dari satu atom oksigen yang tersambung ke dua atom hidrogen. Pada es superionik, struktur molekul ini terpecah. Seluruh ion oksigen mengkristal dalam bentuk kisi-kisi jeruji, sementara ion hidrogen mengapung bebas di antara kristal oksigennya. Ion hidrogen yang bebas inilah yang membuat air ini menjadi es superionik. Hal ini juga membuat air ini sangat konduktif seperti kabel logam pada umumnya. Struktur molekul seperti ini membuat dia bisa dibilang berada di antara bentuk padat dan cair. Padat karena struktur kristal oksigen dan cair karena ion hidrogen yang bergerak bebas.
Penemuan es superionik
Es tipe ini sebenarnya sudah diprediksi keberadaannya sejak lama. Simulasi komputer juga menunjukkan hal yang seirama dengan prediksi ini. Namun, bukti-bukti eksperimental konkrit baru hadir mulai pada tahun 2000an. Pada tahun 2005, bukti awalan didapat dari pengukuran optik dari air bertekanan tinggi yang dipanaskan dengan laser. Namun bukti konkrit pertama yang benar-benar membuktikan struktur kristal oksigen pada es superionik baru didapat pada tahun 2019.
Penelitian yang membuahkan bukti definitif ini dilakukan oleh tim dari University of Rosercher bekerjasama dengan Lawrence Livermore National Laboratory di California, Amerika Serikat. Mereka menyimpan air dengan tekanan super tinggi pada sebilah berlian. Mereka kemudian memanaskan dan meningkatkan tekanan air ini hingga ke titik ekstrem. Untuk melakukan ini mereka memanfaatkan laser untuk menghasilkan gelombang kejut yang diarahkan ke lapisan air dalam berlian tersebut. Berliannya pada akhirnya menguap, sementara airnya memadat menjadi es superionik. Fase es superionik ini cuma bertahan sangat singkat. Hanya satu per beberapa milyar detik. Namun, tim peneliti mampu menangkap gambar molekuler dari struktur kristal ini dengan menggunakan metode difraksi sinar X.
Referensi
Millot, Marius; Coppari, Federica; Rygg, J. Ryan; Correa Barrios, Antonio; Hamel, Sebastien; Swift, Damian C.; Eggert, Jon H. (8 May 2019). “Nanosecond X-ray diffraction of shock-compressed superionic water ice”. Nature. 569 (7755): 251–255. doi:10.1038/s41586-019-1114-6. OSTI 1568026. PMID 31068720.
Goncharov, Alexander F.; et al. (2005). “Dynamic Ionization of Water under Extreme Conditions” (PDF). Phys. Rev. Lett. 94(12): 125508. doi:10.1103/PhysRevLett.94.125508. PMID 15903935.
Millot, Marius; et al. (5 February 2018). “Experimental evidence for superionic water ice using shock compression”. Nature Physics. 14 (3): 297–302. Bibcode:2018NatPh..14..297M. doi:10.1038/s41567-017-0017-4. OSTI 1542614.