Air bereaksi sangat luar biasa terhadap suhu yang sangat rendah. Mari kita mulai dengan fakta bahwa ketika mendingin, bertentangan dengan logika, air tidak menyusut, tetapi mengembang (inilah mengapa es memiliki sifat daya apung). Air dingin kurang bisa dimampatkan dibandingkan air panas. Selain itu, ketika dibekukan, molekul air dapat mengubah posisinya dengan segala cara yang memungkinkan.
Semua ini sulit ditemukan penjelasannya, dan teori-teori yang ada menimbulkan kontroversi sengit di kalangan ilmiah. Salah satunya dirumuskan hampir tiga dekade yang lalu dan bahwa air es bisa ada dalam dua bentuk cairan yang berbeda, salah satunya memiliki struktur yang kurang padat. Dengan kata lain, air ada dua macam yang masing-masing merupakan cairan tersendiri. Sulit untuk membuktikan teori ini di laboratorium, tetapi ilmuwan Italia telah berhasil menemukan bukti untuk mempertahankannya. Studi tersebut baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Science.
Dalam studi mereka, ilmuwan Pablo Debenedetti dan Gul H. Zerze dari Universitas Princeton dan Francesco Shortico dari La Sapienza di Roma menunjukkan bahwa "titik kritis kedua air" terjadi pada suhu yang berkisar dari -83 hingga -100 derajat dan pada tekanan atmosfer hampir 2000 kali lebih tinggi. dibandingkan tekanan di atas permukaan laut. Titik kritis adalah satu-satunya nilai suhu dan tekanan di mana dua fase suatu zat menjadi tidak dapat dibedakan, dan ini terjadi tepat sebelum zat berpindah dari satu fase ke fase lainnya. Air, misalnya, memiliki titik kritis yang terkenal dalam peralihan dari cair ke uap.
"Bayangkan saja kegembiraan kita ketika kita melihat bahwa fluktuasi kritis berjalan persis seperti yang kita harapkan, - jelas Sortino, - sekarang saya bisa tidur nyenyak, karena setelah 25 tahun ide saya akhirnya menemukan konfirmasi."
Hingga saat ini, percobaan menggunakan molekul air nyata untuk menguji titik kritis kedua dari air "supercooling" tidak dapat memberikan bukti yang tegas tentang keberadaannya. Ini sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa air es biasanya berubah menjadi es, kata Debenedetti.
Untuk alasan ini, para peneliti memutuskan untuk menggunakan model komputer. Prosesnya benar-benar melelahkan: meskipun superkomputer modern memiliki kekuatan yang tinggi, para ilmuwan menghabiskan 18 bulan melakukan perhitungan yang diperlukan untuk membuat model.
Dalam simulasi, saat suhu masih jauh dari titik beku, massa jenis air mulai sangat berfluktuasi. Hasilnya, para ilmuwan berhasil menemukan titik kritis yang mereka cari dalam dua model komputer air yang berbeda. Pada saat yang sama, untuk mencari titik kritis air pada kedua model, diterapkan pendekatan komputasi yang berbeda.
Seperti halnya transisi dari fase cair ke fase gas, air es dapat berubah menjadi dua fase yang berbeda, bergantung pada bagaimana molekulnya diatur ulang. Jadi, dalam cairan dengan kepadatan rendah, empat molekul dikelompokkan di sekitar molekul pusat untuk membentuk tetrahedron. Namun, dalam cairan dengan kepadatan yang lebih tinggi, molekul keenam berperan, yang menyebabkan peningkatan kepadatannya.
Video promosi:
Dalam artikel mereka, para peneliti menulis bahwa "dalam batas kemampuan komputasi kami, keberadaan titik kritis metastabil dalam tahap pendinginan molekul air telah terbukti."
Secara alami, sekarang kesimpulan ini harus dikonfirmasi oleh eksperimen lain, "menggunakan cara komputasi yang lebih akurat dan mahal".
