Misteri 2 Abad yang Terpecahkan: Bagaimana Air Menghantarkan Listrik?

Listrik dan Air (Foto: Soumei Baba/Flickr)

Setelah lebih dari 200 tahun diteliti, akhirnya suatu tim peneliti berhasil memecahkan misteri di balik alasan mengapa air adalah konduktor listrik yang sangat baik.

Dilansir Science Alert, tim peneliti yang dipimpin oleh Mark Johnson dari Yale University ini berhasil melihat secara langsung bagaimana molekul air menghantarkan proton, partikel subatomik yang memiliki muatan positif, menggunakan spektroskopi, proses yang membuat para peneliti bisa mengobservasi interaksi antara massa dan radiasi elektromagnetik.

"Proses dasar di kimia dan biologi ini telah lama mengelak dari penjelasan yang pasti," kata Anne McCoy, peneliti dari University of Washington dan juga salah seorang anggota tim peneliti.

"Dan sekarang kita telah memiliki potongan yang hilang, yang dapat memberikan kita gambaran yang lebih luas tentang bagaimana proton 'bergerak' melalui air."

Tak Semua Air adalah Konduktor yang Baik

Listrik dan Air (Foto: Pixabay)

Kendati para peneliti berhasil mendapatkan bukti langsung bahwa molekul air dapat menghantarkan proton yang bermuatan listrik positif, ternyata tak semua air dapat menghantarkan listrik.

Memang selama ini kita sering kali beranggapan bahwa setiap air yang ada merupakan konduktor yang baik. Tetapi air murni, yang jarang ditemukan di luar laboratorium, biasanya tak bisa menghantarkan listrik. Sebab, air murni tersebut kekurangan elektron bebas, partikel subatomik yang memiliki muatan negatif.

Namun begitu, kenyataan di alam bebas, kebanyakan air telah bercampur dengan sedimen dan mineral, yang membuat molekul air mengalami ionisasi lalu menjadikan air tersebut dapat menghantarkan arus listrik.

Pemahaman Sebelumnya

Listrik dan Air (Foto: Pixabay)

Sebelumnya yang para peneliti pahami dari proses konduksi listrik adalah H₂O mengoper proton dari satu molekul ke molekul lainnya melalui atom oksigennya.

Proses tersebut disebut mekanisme Grotthuss dan dijelaskan pertama kali oleh Theodor Grotthuss, ahli kimia Jerman, pada tahun 1806. Mekanisme itulah yang menjadi pemahaman atas konduksi listrik di air hingga sekarang.

Para peneliti sebenarnya memahami bagaimana proses konduksi litsrik ini bekerja, tetapi detail mengenai bagaimana proses itu terjadi masih berada dalam kegelapan.

Jadi, selama 200 tahun terakhir para peneliti telah berusaha untuk menemukan cara untuk membuktikan perubahan struktur di molekul air saat mereka mengonduksikan listrik secara ekperimental.

Cara Menemukan Pembuktian Eksperimental

Ilustrasi Penelitian (Foto: luvqs)

Dalam beberapa tahun terakhir para peneliti telah mencoba melakukan pembuktian tersebut dengan menggunakan cara pemindaian inframerah. Tetapi hasil yang mereka dapatkan selalu buruk seperti gambar foto yang kabur dan tak dapat dipelajari secara mendetail.

Jadi, untuk menemukan bukti penting tersebut, tim yang dipimpin Johnson itu membekukan proses kimia tersebut. Keadaan yang beku itu membuat Johnson dan timnya dapat mengamati proses tersebut dengan lebih mudah.

Tim tersebut menggunakan lima molekul air yang disebut Heavy Water, air yang dibuat dari deuterium isotop hidrogen dan molekulnya didinginkan hingga mendekati nol absolut atau sekitar -273,15 derajat Celcius.

Ketika percobaan dilakukan, yakni saat air mulai menghantarkan listrik, pergerakan proton-proton air itu akhirnya bisa diamati dengan jelas.

"Kami dapat mengungkap rangkaian yang amburadul itu bagaikan membuka kerangka sebuah film," kata Johnson.

Hasil temuan tim tersebut dapat membantu pemahaman kita atas konduktivitas air, fenomena yang membuat kita tetap hidup, dan juga suatu hal yang penting bagi banyak reaksi kimia di dunia.

Temuan tersebut juga dapat membantu menjelaskan beberapa pertanyaan seperti apakah pH (tingkat keasaman) pada permukaan air lebih rendah (lebih asam) dibandingkan bagian air lainnya, mengapa air membeku pada titik didih ketika diletakkan pada nanotube karbon, dan perdebatan mengenai air lainnya.

Sekarang tim tersebut berencana untuk melakukan eksperimen lainnya dengan air yang molekulnya lebih banyak dan lebih sedikit untuk mempelajari bagaimana konduktivitas berubah.

Penelitian ini yang cukup mendasar ini mungkin terkesan tidak penting, tetapi memahami air dapat membantu kita untuk membuka pemahaman lebih jauh soal dunia kita.