Teori Efek Mpemba, Pembekuan pada Air yang Panas
Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa air panas membeku lebih
cepat daripada air yang kurang panas, yaitu sejak zaman Aristoteles, di
Yunani Kuno. Namun, sampai sekarang para ilmuwan masih berdebat tentang
penjelasan mengapa hal itu terjadi.
Sebuah tim ilmuwan di Singapura percaya bahwa mereka akhirnya mengungkapkan misteri efek Mpemba dan terletak pada sifat unik dari ikatan-ikatan yang mengikat air bersama-sama.
Efek air panas membeku lebih cepat daripada air dingin dikenal dengan nama Efek Mpemba - diberi nama dari nama seorang mahasiswa Tanzania yang mengambil kelas memasak pada tahun 1960 dan menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada yang kurang panas.
Tapi perilaku aneh dari pembekuan air ini sebenarnya telah dicatat oleh para pemikir besar sepanjang sejarah, termasuk Aristoteles dan Descartes.
Banyak ilmuwan telah mencoba untuk menjelaskan efek Mpemba sebelumnya, termasuk gagasan bahwa wadah yang hangat membuat kontak thermal yang lebih baik dengan frezers untuk menyalurkan panas lebih cepat dan karenanya air hangat menguap lebih cepat, membuat air mendingin, yang memungkinkan untuk membeku lebih cepat. Usahausaha penjelasan dari efek Mpemba antara lain dapat dilihat dalam video dibawah ini:
Tapi sebuah studi yang dipimpin oleh Zhang Xi di Nanyang Technological University di Singapura, mengatakan alasan untuk efek Mpemba adalah sifat unik dari ikatan molekul yang menahan air bersama-sama, blog Fisika Medium.com melaporkan .
Sebuah molekul air tunggal terbuat dari atom oksigen yang relatif besar bergabung dengan dua atom hidrogen dengan ikatan kovalen (ikatan kimia yang melibatkan pemakaian bersama dua pasang elektron antar atom) .
Tapi ketika atom hidrogen dalam satu molekul melayang cukup dekat
dengan atom oksigen dalam molekul air yang lain, keduanya akan mebentuk
ikatan, yang disebut ikatan hidrogen.
Ikatan hidrogen inilah yang berperilaku dengan cara yang unik dan telah menarik perhatian para peneliti.
Anehnya, meskipun ikatan hidrogen umumnya lebih lemah daripada ikatan kovalen, namun mereka lebih kuat daripada gaya "van der Waals".
Para Kimiawan telah lama menduga bahwa ikatan hidrogen inilah yang memberi air beberapa sifat aneh dan memungkinkan titik didihnya jauh lebih tinggi daripada cairan lain yang terdiri dari molekul-molekul yang sama. Ini karena ikatan hidrogen bekerja begitu baik mengikat molekul-molekul air bersama-sama.
Penelitian terhadap peran dari ikatan hidrogen telah diselidiki oleh para ilmuwan yang baru-baru ini menemukan bahwa molekul-molekul air yang dibatasi oleh tabung yang sangat kecil membentuk rantai dan terhubungkan bersama-sama oleh ikatan hidrogen.
Inilah rantai kecil yang memungkinkan tanaman untuk menarik molekul air melalui akar-akarnya.
Tapi sekarang tim Dr Zhang percaya bahwa ikatan hidrogen ini dapat menjelaskan efek Mpemba, karena ikatan hidrogen ini membuat molekul-molekul air saling mendekat, yang memicu tolak-menolak alami antara molekul dan menyebabkan ikatan kovalen antara oksigen dan hidrogen dalam sebuah molekul mengalami peregangan serta menyimpan energi.
Jadi saat air dipanaskan, molekul-molekul air menjadi terpisah jauh dari satu sama lain karena ikatan hidrogen mengalami peregangan. Hal ini memungkinkan ikatan kovalen dalam molekul menyusut lagi dan melepaskan energi mereka. Poin pentingnya adalah bahwa proses di mana ikatan kovalen melepas energi, ini setara dengan pendinginan. Inilah pendinginan ekstra. Pendinginan ekstra ini ditambahkan pada proses pendinginan konvensional. Jadi air yang hangat akan mendingin lebih cepat daripada air yang kurang hangat, karena ada pendinginan ekstra. Dan itulah apa yang teramati dalam efek Mpemba .
Untuk membuktikan teori mereka, para ahli di tim ini menghitung besarnya pendingin ekstra yang disebabkan oleh aktivitas molekul dan menunjukkan bahwa pendinginan ekstra ini sesuai dengan perbedaan yang diamati antara pembekuan air panas dan dingin dalam percobaan.
Namun, hasil penelitian diatas yang dipimpin oleh Dr Zhang ini, belumlah akan diterima oleh kalangan ilmuwan lainnya sebagai sebuah teori, karena belum memiliki "kekuatan prediksi" (setidaknya dalam paper mereka) sebagaimana sebuah teori.
Dr Zhang dan kawan-kawan perlu menggunakan hasil penelitian mereka untuk memprediksi sifat-sifat (properti) baru air yang teori konvensional selama ini tidak bisa memprediksinya. Misalnya, ikatan kovalen yang memendek mungkin menimbulkan beberapa properti terukur dari air yang tidak akan dinyatakan ada oleh teori lain.
Jadi meskipun orang-orang ini mungkin telah memecahkan teka-teki efek Mpemba, mereka tetap perlu bekerja sedikit lebih keras untuk meyakinkan semua orang. Namun demikian, hasil penelitian mereka, bagaimanapun tetap menjadi sesuatu yang menarik.
Sebuah tim ilmuwan di Singapura percaya bahwa mereka akhirnya mengungkapkan misteri efek Mpemba dan terletak pada sifat unik dari ikatan-ikatan yang mengikat air bersama-sama.
Quote:
 |
Efek air panas membeku lebih cepat daripada air dingin dikenal dengan nama Efek Mpemba - diberi nama dari nama seorang mahasiswa Tanzania yang mengambil kelas memasak pada tahun 1960 dan menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada yang kurang panas.
Tapi perilaku aneh dari pembekuan air ini sebenarnya telah dicatat oleh para pemikir besar sepanjang sejarah, termasuk Aristoteles dan Descartes.
Banyak ilmuwan telah mencoba untuk menjelaskan efek Mpemba sebelumnya, termasuk gagasan bahwa wadah yang hangat membuat kontak thermal yang lebih baik dengan frezers untuk menyalurkan panas lebih cepat dan karenanya air hangat menguap lebih cepat, membuat air mendingin, yang memungkinkan untuk membeku lebih cepat. Usahausaha penjelasan dari efek Mpemba antara lain dapat dilihat dalam video dibawah ini:
Tapi sebuah studi yang dipimpin oleh Zhang Xi di Nanyang Technological University di Singapura, mengatakan alasan untuk efek Mpemba adalah sifat unik dari ikatan molekul yang menahan air bersama-sama, blog Fisika Medium.com melaporkan .
Sebuah molekul air tunggal terbuat dari atom oksigen yang relatif besar bergabung dengan dua atom hidrogen dengan ikatan kovalen (ikatan kimia yang melibatkan pemakaian bersama dua pasang elektron antar atom) .
Quote:
 |
Ikatan hidrogen inilah yang berperilaku dengan cara yang unik dan telah menarik perhatian para peneliti.
Anehnya, meskipun ikatan hidrogen umumnya lebih lemah daripada ikatan kovalen, namun mereka lebih kuat daripada gaya "van der Waals".
Para Kimiawan telah lama menduga bahwa ikatan hidrogen inilah yang memberi air beberapa sifat aneh dan memungkinkan titik didihnya jauh lebih tinggi daripada cairan lain yang terdiri dari molekul-molekul yang sama. Ini karena ikatan hidrogen bekerja begitu baik mengikat molekul-molekul air bersama-sama.
Penelitian terhadap peran dari ikatan hidrogen telah diselidiki oleh para ilmuwan yang baru-baru ini menemukan bahwa molekul-molekul air yang dibatasi oleh tabung yang sangat kecil membentuk rantai dan terhubungkan bersama-sama oleh ikatan hidrogen.
Inilah rantai kecil yang memungkinkan tanaman untuk menarik molekul air melalui akar-akarnya.
Tapi sekarang tim Dr Zhang percaya bahwa ikatan hidrogen ini dapat menjelaskan efek Mpemba, karena ikatan hidrogen ini membuat molekul-molekul air saling mendekat, yang memicu tolak-menolak alami antara molekul dan menyebabkan ikatan kovalen antara oksigen dan hidrogen dalam sebuah molekul mengalami peregangan serta menyimpan energi.
Jadi saat air dipanaskan, molekul-molekul air menjadi terpisah jauh dari satu sama lain karena ikatan hidrogen mengalami peregangan. Hal ini memungkinkan ikatan kovalen dalam molekul menyusut lagi dan melepaskan energi mereka. Poin pentingnya adalah bahwa proses di mana ikatan kovalen melepas energi, ini setara dengan pendinginan. Inilah pendinginan ekstra. Pendinginan ekstra ini ditambahkan pada proses pendinginan konvensional. Jadi air yang hangat akan mendingin lebih cepat daripada air yang kurang hangat, karena ada pendinginan ekstra. Dan itulah apa yang teramati dalam efek Mpemba .
Untuk membuktikan teori mereka, para ahli di tim ini menghitung besarnya pendingin ekstra yang disebabkan oleh aktivitas molekul dan menunjukkan bahwa pendinginan ekstra ini sesuai dengan perbedaan yang diamati antara pembekuan air panas dan dingin dalam percobaan.
Namun, hasil penelitian diatas yang dipimpin oleh Dr Zhang ini, belumlah akan diterima oleh kalangan ilmuwan lainnya sebagai sebuah teori, karena belum memiliki "kekuatan prediksi" (setidaknya dalam paper mereka) sebagaimana sebuah teori.
Dr Zhang dan kawan-kawan perlu menggunakan hasil penelitian mereka untuk memprediksi sifat-sifat (properti) baru air yang teori konvensional selama ini tidak bisa memprediksinya. Misalnya, ikatan kovalen yang memendek mungkin menimbulkan beberapa properti terukur dari air yang tidak akan dinyatakan ada oleh teori lain.
Jadi meskipun orang-orang ini mungkin telah memecahkan teka-teki efek Mpemba, mereka tetap perlu bekerja sedikit lebih keras untuk meyakinkan semua orang. Namun demikian, hasil penelitian mereka, bagaimanapun tetap menjadi sesuatu yang menarik.
