Para ilmuwan menemukan bentuk es baru yang tidak biasa

Para peneliti dari Jepang telah menemukan bentuk es baru yang disebut ice-0, yang dapat membantu membentuk kristal es di air yang sangat dingin. Studi mereka mengungkapkan bahwa nukleasi es dapat terjadi di dekat permukaan tetesan air karena struktur mirip es, sehingga memecahkan perdebatan lama. Hasil ini mempunyai implikasi penting bagi berbagai bidang, termasuk studi iklim dan ilmu pangan, dengan meningkatkan pemahaman kita tentang pembentukan es.

Es lebih kompleks daripada yang disadari kebanyakan orang, dan ilmu pengetahuan mengidentifikasi lebih dari dua puluh jenis es yang terbentuk di bawah kombinasi tekanan dan suhu yang berbeda. Jenis yang kita gunakan untuk mendinginkan minuman, yang dikenal sebagai es pertama, adalah salah satu dari sedikit bentuk yang terjadi secara alami di Bumi. Baru-baru ini, para peneliti dari Jepang menemukan jenis lain: es 0, suatu bentuk es yang tidak biasa yang dapat mulai membentuk kristal es di air yang sangat dingin.

Pembentukan es di dekat permukaan air cair dapat dimulai dari prekursor kristal kecil dengan struktur mirip dengan jenis es langka yang dikenal sebagai es 0. Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini dipublikasikan di Komunikasi AlamPara peneliti dari “Ilmu Perlindungan Es” Departemen Penelitian Kerjasama Sosial di Institut Ilmu Industri di Universitas Tokyo telah menunjukkan bahwa struktur mirip es ini dapat menyebabkan setetes air membeku di dekat permukaannya, bukan di intinya. Penemuan ini memecahkan misteri lama dan dapat membantu mendefinisikan kembali pemahaman kita tentang bagaimana es terbentuk.

Proses pembentukan inti es

Kristalisasi es yang disebut dengan nukleasi es biasanya terjadi secara heterogen, atau dengan kata lain, pada permukaan padat. Hal ini biasanya terjadi pada permukaan wadah air, tempat cairan bertemu dengan padatan. Namun penelitian baru ini menunjukkan bahwa kristalisasi es juga dapat terjadi tepat di bawah permukaan air, tempat pertemuannya dengan udara. Di sini, es mengkristal di sekitar prekursor kecil yang memiliki karakteristik struktur melingkar yang sama dengan es 0.

“Simulasi menunjukkan bahwa tetesan air lebih mungkin mengkristal di dekat permukaan bebas dalam kondisi isotermal. Hal ini menyelesaikan perdebatan lama mengenai apakah kristalisasi lebih mudah terjadi di permukaan atau di dalam,” kata Gang Sun, penulis utama studi tersebut. .

Para peneliti dari Institut Ilmu Industri di Universitas Tokyo telah menemukan bahwa es mulai terbentuk di dekat permukaan air melalui struktur yang menyerupai jenis es langka yang baru-baru ini ditemukan, sehingga membantu kita untuk lebih memahami pembentukan es. Sumber: Institut Ilmu Industri, Universitas Tokyo

Prekursor es 0

Pendahulu Ice 0 memiliki struktur yang sangat mirip dengan air superdingin, sehingga molekul air lebih mudah mengkristal darinya, tanpa harus membentuk dirinya sendiri secara langsung ke dalam struktur es biasa. Prekursor es kecil terbentuk secara spontan, sebagai akibat dari efek tekanan negatif yang disebabkan oleh tegangan permukaan air. Setelah kristalisasi dimulai dari prekursor ini, struktur mirip es 0 dengan cepat menyusun ulang dirinya menjadi es I yang lebih umum.

Penulis utama Hajime Tanaka menekankan implikasi luas dari penelitian ini, dengan menyatakan bahwa “temuan mengenai mekanisme kristalisasi permukaan air diharapkan dapat memberikan kontribusi yang signifikan terhadap berbagai bidang, termasuk studi iklim dan ilmu pangan, di mana kristalisasi air memainkan peran penting. peran.”

Pemahaman yang lebih rinci tentang es dan bagaimana es terbentuk dapat memberikan wawasan yang sangat berharga dalam berbagai bidang studi. Penelitian ini mungkin menjadi perhatian khusus dalam bidang meteorologi, misalnya, di mana pembentukan es melalui prekursor seperti es 0 mungkin memiliki efek yang lebih nyata pada tetesan air kecil seperti yang ada di awan. Memahami es juga mempunyai manfaat dalam bidang teknologi, mulai dari ilmu pangan hingga pendingin udara.

Referensi: “Kristalisasi air yang diinduksi permukaan karena prekursor yang terbentuk di daerah bertekanan negatif” oleh Gang Sun dan Hajime Tanaka, 26 Juli 2024, Komunikasi Alam.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1