Bentuk es kristal baru yang diterjemahkan

Ilustrasi yang menunjukkan hubungan antara sel-sel unit es VI dan XIX dilihat dari sumbu mereka dan perbedaan pola difraksinya, dengan kode merah untuk es XIX dan biru untuk es VI. Kredit: Uni Innsbruck

Es adalah bahan yang sangat serbaguna. Dalam kepingan salju atau es batu, atom oksigen tersusun secara heksagonal. Bentuk es ini disebut es satu (es I). “Sebenarnya, bagaimanapun, ini bukanlah kristal yang benar-benar sempurna, tetapi sistem tidak teratur di mana molekul air secara acak diorientasikan ke arah spasial yang berbeda,” jelas Thomas Loerting dari Universitas Institut Kimia Fisik. ‘Innsbruck, Austria.

Termasuk es I, sejauh ini telah diketahui 18 bentuk kristal es, yang berbeda dalam susunan atomnya. Berbagai jenis es, yang dikenal sebagai polimorf, dibentuk sebagai fungsi tekanan dan suhu dan memiliki sifat yang sangat berbeda. Misalnya, titik lelehnya berbeda beberapa ratus derajat Celsius. “Ini sebanding dengan berlian dan grafit, keduanya terbuat dari karbon murni,” ahli kimia menjelaskan.

Variasi es

Ketika es konvensional I mendingin dengan tajam, atom hidrogen dapat tersusun secara periodik di samping atom oksigen jika percobaan dilakukan dengan benar. Di bawah minus 200 derajat Celcius, hal ini dapat menyebabkan pembentukan apa yang disebut es XI, di mana semua molekul air tersusun menurut pola tertentu. Bentuk es yang teratur ini berbeda dengan bentuk induk yang tidak teratur, terutama karena sifat listriknya.

Model Gel VI

Es Model VI, bola merah dan biru besar mewakili atom oksigen, atom hidrogen bola kecil. Kredit: Uni Innsbruck

Dalam penelitian ini, ahli kimia Innsbruck berurusan dengan bentuk induk es VI, yang terbentuk pada tekanan tinggi, misalnya di mantel bumi. Seperti es heksagonal, bentuk es bertekanan tinggi ini bukanlah kristal yang tertata seluruhnya. Lebih dari sepuluh tahun yang lalu, para peneliti di University of Innsbruck menghasilkan varian gel yang dipesan hidrogen ini, yang membuka jalan bagi buku teks seperti XV Ice.

Dengan mengubah proses pembuatannya, tiga tahun lalu, tim Thomas Loerting berhasil untuk pertama kalinya membuat formulir pesanan kedua untuk Es VI. Untuk melakukannya, para ilmuwan secara signifikan memperlambat proses pendinginan dan meningkatkan tekanan hingga sekitar 20 kbar. Hal ini memungkinkan mereka untuk menyusun atom hidrogen dengan cara kedua dalam jaringan oksigen dan menghasilkan es XIX. “Kami menemukan bukti jelas pada saat itu bahwa ini adalah varian baru yang dipesan, tetapi kami tidak dapat menjelaskan struktur kristal.” Sekarang timnya telah berhasil melakukan hal itu dengan menggunakan standar emas untuk penentuan struktur: difraksi neutron.

Struktur kristal terselesaikan

Untuk klarifikasi struktur kristal, kendala teknis yang penting harus diatasi. Dalam penelitian yang menggunakan difraksi neutron, hidrogen ringan dalam air perlu diganti dengan deuterium (“hidrogen berat”).

Thomas Loerting

Memantau sifat es dan salju: ahli kimia Thomas Loerting. Kredit: Uni Innsbruck

“Sayangnya, ini juga mengubah jangka waktu untuk melakukan pemesanan dalam proses pembuatan es,” kata Loerting. “Tapi gelar doktor pada saat itu, siswa Tobias Gasser memiliki ide penting untuk menambahkan beberapa persen air normal ke air berat, yang ternyata sangat mempercepat pesanan.”

Dengan es yang diperoleh, ilmuwan Innsbruck akhirnya dapat mengukur data neutron dari instrumen HRPD resolusi tinggi di Laboratorium Appleton Rutherford di Inggris dan menyelesaikan struktur kristal es secara menyeluruh. Untuk itu diperlukan penemuan struktur kristal terbaik dari beberapa ribu kandidat dari data yang diukur, seperti mencari jarum di tumpukan jerami. Sebuah kelompok peneliti Jepang mengkonfirmasi hasil Innsbruck dalam eksperimen lain di bawah kondisi tekanan yang berbeda. Kedua artikel tersebut telah diterbitkan bersama di Komunikasi tentang Alam.

Enam bentuk es ditemukan di Innsbruck

Meskipun es dan salju konvensional melimpah di Bumi, tidak ada bentuk lain yang ditemukan di permukaan planet kita kecuali di laboratorium penelitian. Namun, bentuk tekanan tinggi gel VI dan gel VII ditemukan sebagai inklusi dalam berlian dan oleh karena itu telah ditambahkan ke daftar mineral oleh International Mineralogical Association (IMA). Banyak jenis es air terbentuk dalam luasnya ruang di bawah kondisi tekanan dan suhu khusus. Mereka ditemukan, misalnya, di benda-benda angkasa seperti JupiterBulan Ganymede, yang ditutupi oleh lapisan berbagai jenis es.

Es XV dan Es XIX mewakili pasangan pertama saudara kandung fisika es yang jaringan oksigennya sama, tetapi pola urutan atom hidrogennya berbeda. “Ini juga berarti bahwa untuk pertama kalinya sekarang dimungkinkan untuk membuat transisi antara dua bentuk es yang teratur dalam eksperimen,” jelas Thomas Loerting. Sejak 1980-an, para peneliti di Universitas Innsbruck, Austria, kini bertanggung jawab atas penemuan empat bentuk es, baik kristal maupun amorf.

Referensi: 18 Februari 2021, Komunikasi tentang Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21161-z

Pekerjaan penelitian saat ini dilakukan dalam kerangka Platform Penelitian Material dan Nanosciences dari Universitas Innsbruck dan mendapat dukungan finansial dari FWF Austrian Science Fund.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.