Selama beberapa generasi, pengalaman kita dengan es terbatas pada bentuk yang paling umum—es heksagonal (Ih)—jenis yang mendinginkan minuman dan membuat jalan di musim dingin berbahaya. Namun para ilmuwan mendobrak batasan-batasan ini, menciptakan lebih dari 20 struktur kristal es eksotik yang hanya ada di bawah tekanan dan suhu ekstrim. Bentuk-bentuk ini, yang mungkin tidak akan pernah ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, mengungkap kompleksitas menakjubkan yang tersembunyi di dalam molekul paling sederhana di Bumi: H₂O.
Dunia Air yang Sangat Kompleks
Inti dari semua jenis es adalah molekul air itu sendiri, terdiri dari satu atom oksigen yang terikat pada dua atom hidrogen pada sudut 104,5 derajat. Yang berubah di antara berbagai bentuk es bukanlah molekulnya, melainkan bagaimana molekul-molekul tersebut berinteraksi melalui ikatan hidrogen yang lemah. Ikatan ini, yang sangat sensitif terhadap suhu dan tekanan, menentukan susunan struktur kristal.
Susunan ini dapat berkisar dari prisma heksagonal es biasa hingga kisi kubik, belah ketupat, dan tetragonal, semuanya ditentukan oleh perilaku ikatan hidrogen tersebut. Sensitivitas ini menghasilkan apa yang oleh para peneliti disebut sebagai “perilaku mirip kuantum”—yang berarti perubahan kecil dalam kondisi dapat memaksa molekul memasuki hubungan yang sangat berbeda.
Bagaimana Ilmuwan Menciptakan Es Eksotis
Untuk mengungkap bentuk-bentuk tersembunyi ini, para ilmuwan menerapkan kondisi ekstrem. Hal ini termasuk menerapkan tekanan hingga 3.000 kali tekanan atmosfer atau mendinginkan air hingga -330°F (-200°C) dengan bahan tambahan seperti kalium hidroksida, terkadang selama berminggu-minggu.
Terobosan terbaru, yang dipublikasikan di Nature Materials, adalah Ice XXI, struktur kristal kotak-kotak yang terbentuk dengan kompresi intensif. Para peneliti mengamati bentuk sementara ini menggunakan laser elektron bebas sinar-x—yang pada dasarnya merupakan kamera berkecepatan tinggi yang mampu menangkap fenomena yang ada hanya sesaat.
“Melihat sesuatu dengan kecepatan yang sangat, sangat cepat memungkinkan kita mengamati fenomena aneh dan menakjubkan,” jelas Ashkan Salamat, ahli kimia fisika di Universitas Nevada, Las Vegas.
Beyond Earth: Tempat Adanya Es Eksotis
Meskipun struktur es eksotik ini tidak terbentuk secara alami di Bumi, namun mungkin ada di bagian dalam planet atau bulan yang jauh. Jauh di dalam Neptunus, atau terjebak di dalam bulan-bulan es, tekanan dan suhu dapat memungkinkan struktur ini terbentuk.
Namun, untuk saat ini, laboratorium masih menjadi garda depan penemuan. Salamat mengatakan, “Masih ada hal-hal baru dan menarik yang bisa kita temukan.” Penelitian ini memperluas pemahaman kita tentang materi dalam kondisi ekstrem dan memberi petunjuk tentang potensi bentuk es yang lebih aneh lagi yang belum ditemukan.
Mengejar es eksotik bukan sekadar latihan akademis. Hal ini mengungkap sifat dasar air dan materi itu sendiri, mendorong batas-batas apa yang kita pikir mungkin terjadi pada molekul paling sederhana namun paling penting di alam semesta.
