Makoto Tadokoro / Universitas Sains Tokyo
Negara bagian baru, yang dikenal sebagai “negara pra-merger,” sejauh ini masih menghindari pengamatan langsung.
Air mungkin terlihat membosankan, tapi sebenarnya air jauh lebih aneh dari yang terlihat.
Di tempat yang baru belajarbaru-baru ini diterbitkan di Jurnal Persatuan Kimia Amerikapara ilmuwan di Jepang menunjukkan bahwa, ketika berada di ruang yang sangat kecil, molekul air dapat berperilaku secara bersamaan sebagai benda padat dan sebagai benda cair.
Perbedaan antara air cair dan es yang kita amati pada skala makroskopis berasal dari tingkat mikroskopis. Di dalam es, molekul terperangkap dalam struktur kaku; sebaliknya di dalam air, mereka bergerak bebas, terus-menerus membentuk dan memutus ikatan.
Dalam keadaan aneh yang dijelaskan dalam studi baru ini, molekul melakukan keduanya: mereka tetap tinggaltetap di satu tempat, seperti es, tetapi berputar dengan cepatsama seperti yang mereka lakukan dalam cairan. Negara bagian ini, yang dikenal sebagai “keadaan pra-fusi”, hingga saat ini luput dari pengamatan langsung, jelasnya Peringatan Sains.
“Keadaan pra-fusi melibatkan fusi molekul H₂O dengan ikatan hidrogen yang tidak lengkap, sebelum struktur es yang benar-benar beku mulai mencair selama pemanasan,” jelasnya. Makoto Tadokoroahli kimia di Tokyo University of Science dan penulis utama studi ini.
“Ini pada dasarnya merupakan fase baru air, di mana lapisan H₂O yang membeku hidup berdampingan dengan lapisan lain dalam gerakan lambat”, tambah peneliti di penyataan dari universitas.
Mengamati keadaan aneh ini diperlukan a pengaturan eksperimental yang rumit.
Sejak saat itu, air yang digunakan tidak sama persis Apa yang kami gunakan non-sehari-hari: itu adalah “air deras”di mana atom hidrogen digantikan oleh deuterium — isotop hidrogen yang mengandung neutron tambahan di dalam intinya.
Ini “D₂O” terkurung dalam ruang yang sangat kecil, tempat munculnya perilaku-perilaku eksotik.
Para peneliti menciptakan kristal berbentuk batangdengan saluran hidrofilik kecil saja Panjangnya 1,6 nanometermereka membekukan air berat di dalamnya dan kemudian memanaskannya perlahan.
Makoto Tadokoro / Universitas Sains Tokyo
Para ilmuwan mengeksplorasi struktur unik dan perilaku molekul air yang terkurung dalam pori-pori nano menggunakan spektroskopi resonansi magnetik nuklir. Studi tersebut mengungkapkan fase yang diamati dalam air yang disebut fase pra-pelelehan.
Terakhir, mereka mengamati keseluruhan proses menggunakan spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) deuterium solid-state. Teknik ini mengungkapkan bahwa molekul membentuk struktur hierarki yang terdiri dari tiga lapisandengan jenis gerakan dan interaksi yang berbeda-beda di masing-masingnya.
Keadaan pra-fusi yang paling kita kenal dalam bentuk a lapisan tipis air yang terbentuk di permukaan es, bahkan ketika suhu di bawah titik beku. Namun, di bawah kurungan ekstrimfenomena yang terjadi berbeda dengan yang terjadi pada es makroskopis.
Telah diketahui bahwa air menunjukkan perilaku yang tidak biasa terbatas pada skala nanometrik: nya sifat listrik dapat berubah; ia bisa menjadi “tidak dapat dibekukan” bahkan pada suhu mendekati nol mutlak; atau, sebaliknya, memadat pada suhu yang, dalam kondisi normal, akan mendidih.
“Dengan menciptakan jaringan es baru, hal ini mungkin saja terjadi menyimpan gas energik seperti hidrogen dan metana, serta mengembangkan bahan berbasis air seperti gas hidrat buatan”, kata Tadokoro.
