Sifat Air

Sifat Air

Air (H2O)

Air memiliki banyak sifat unik yang bisa dianggap aneh dari sudut pandang ilmu fisika. Tidak ada benda yang lebih lembut atau lebih rentan daripada air, tapi tidak satupun yang lebih kuat dari air dalam jumlah besar. Banjir atau tsunami sangat ditakuti karena kekuatan air yang terbawa arus begitu besar.

Kita mengenal air sejak di dalam kandungan, karena 2/3 tubuh manusia adalah air; benda ini juga menutupi ¾ permukaan Planet Bumi. Walaupun Anda merasa mengenal air dengan sangat baik, banyak sifat-sifat mengejutkan yang dimiliki air; sebenarnya, kita juga tidak tahu darimana air berasal.

Ruang Kosong

Secara umum, tingkat kepadatan suatu benda akan menjadi lebih besar jika benda tersebut berbentuk padat. Atom memiliki kecenderungan untuk saling mengikat; dalam benda padat,  atom mengikat satu sama lain lebih kuat daripada dalam bentuk cair atau gas.

Dalam bentuk cair, tingkat kepadatan umumnya berkurang, tapi hal ini tidak benar dalam kasus H2O. Ketika air membeku, volumenya meningkat sampai 8 persen; tapi, bongkahan es bisa terapung di atas air. Dengan kata lain, air memiliki tingkat kepadatan lebih tinggi dalam bentuk aslinya (cairan) daripada saat menjadi es (benda padat).

Ketika air mencapai titik beku, benda ini mengeluarkan lebih sedikit energi; penyebab utamanya adalah karena atom hidrogen tidak bergerak sebebas saat berada dalam bentuk cairan. Karena lebih sedikit bergerak, lebih sedikit energi digunakan. Oleh karena itu, dalam proses pembekuan, atom hidrogen mampu membentuk suatu ikatan yang lebih kuat dengan atom-atom sejenis disekitarnya, kemudian mengunci bentuk terikat itu. Ikatan antar atom di es lebih kuat dan lebih pendek daripada di cairan, tapi struktur kristal es (serpihan salju), seperti ditunjukkan gambar disamping, menciptakan banyak ruang kosong, sehingga tingkat kepadatannya jauh lebih sedikit.

Terciptanya tambahan volume sebanyak 8 persen bisa dengan mudah dilihat dari bentuk es itu sendiri. Air memulai proses pembekuan dari samping dan bawah menuju ke tengah dan atas. Air yang berada di tengah akan terdorong ke atas dan membentuk seperti percikan; kemudian percikan ini membeku.

Perubahan bentuk suatu zat adalah hal umum di bidang fisika dan bisa kita lihat dalam kehidupan sehari-hari. Air adalah satu-satunya zat yang bisa berubah dari bentuk cair menjadi salju, dan kemudian menghilang terbawa angin.

Ketika terdapat perbedaan temperatur yang sangat besar antara air dan udara di sekitarnya, efek perubahan luar biasa ini akan terjadi. Mungkin hal ini hanya bisa dilihat di tempat-tempat bersuhu luar biasa rendah, misalnya di puncak gunung salju atau lemari pendingin. Jika Anda menyemprotkan air mendidih ke udara (bersuhu -34ºC), air mendidih tersebut akan seketika berubah menjadi salju dan menghilang tertiup angin.

Penjelasan: Udara dingin memiliki tingkat kepadatan sangat tinggi. Molekul udara sangat berdekatan satu sama lain sampai tidak ada ruang yang tersisa untuk uap air. Di sisi lain, air mendidih mengeluarkan uap hampir setiap saat. Ketika disemburkan ke udara, air berubah menjadi bintik-bintik atau tetes, dimana uap air bisa dengan lebih mudah keluar. Fenomena ini tidak umum terjadi jika dilihat dari sudut pandang fisika, tapi bisa dijelaskan dengan mudah. Jumlah uap air yang dihasilkan lebih besar dari ruang yang tersedia di udara, sehingga bentuk uap segera berubah karena menempel pada partikel mikroskopik di udara misalnya kalsium atau sodium lalu akan membentuk kristal. Formasi atau bentuk serpihan, seperti pada gambar di atas, adalah yang terjadi selanjutnya.

Ada satu lagi fenomena aneh yang dimiliki air, khususnya setelah berubah menjadi serpihan salju. Setelah diteliti, tidak ada satupun bentuk kristal serpihan salju yang sama. Setiap satu bentuk merupakan hal unik, berbeda dari yang lain. Bentuk awal serpihan salju adalah prisma heksagonal. Kemudian akan terpecah dan terus berubah tergantung temperatur, kelembaban air, dan tekanan udara. Tapi lengan heksagonal setiap serpihan salju selalu simetris karena mengalami keadaan yang sama dalam proses perubahan bentuk.

Air di Bumi

Ilmuwan masih belum tahu darimana air di Bumi berasal. Kita tahu bahwa 70 persen permukaan Planet Bumi tertutup air, tapi asal mula keberadan zat ini masih menjadi misteri. Planet Bumi mulai terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, jika air juga terbentuk pada saat itu, seharusnya air menguap karena suhunya masih panas. Hal ini mengindikasikan bahwa air yang ada sekarang muncul setelah proses pembentukan Bumi selesai.

Sekali lagi, tebakan paling masuk akal yang kita miliki adalah bahwa sebuah objek luar angkasa pernah menabrak Bumi. Benda apapun itu, pasti memiliki banyak kandungan air di dalamnya. Diperkirakan hal ini terjadi sekitar 4 miliar tahun yang lalu, dan menyebabkan luapan air dengan volume luar biasa besar di Bumi.

Benda-benda angkasa seperti komet atau batuan es mungkin adalah pembawa air. Benda angkasa tersebut mengelilingi matahari dan menjatuhkan percikan air dari ekornya. Perhitungan yang dilakukan dari jarak jauh terhadap beberapa komet terkenal (Halley, Hale-Bopp, dan Hyakutake), ternyata menyimpulkan hal berbeda. Komet-komet itu memang mengandung air atau es, tapi dengan struktur kimia berbeda dengan H2O yang ada di Bumi. Artinya,ada kemungkinan bahwa air berasal dari tempat lain.