 Jika Anda menuangkan air panas ke suatu wadah dan menuangkan air dingin ke wadah lain, kemudian kedua wadah berisi air tersebut Anda letakkan di freezer, maka Anda akan menemukan bahwa air panas akan membeku lebih cepat daripada air dingin. Fenomena ini dimanfaatkan oleh para pengelola ice skating. Mereka menggunakan air panas untuk dibekukan menjadi lapangan ice skating, karena air panas lebih cepat membeku. Mengapa hal ini bisa terjadi? Fenomena ini dinamakan Efek Mpemba. Nama ini diambil dari nama seorang penduduk Tanzania, Erasto Mpemba (Gambar 1), yang pertama kali mengingatkan dunia fisika modern tentang adanya fenomena tersebut melalui pengamatannya, setelah terlupakan sejak jaman Rene Descartes.
Ketika SMP, Mpemba sedang membekukan beberapa es krim di freezer sebagai tugas pelajaran tata boga di sekolahnya, di mana sebagian adonan es krim bersuhu dingin sedangkan sebagian lainnya bersuhu panas. Mpemba kaget ketika menemukan bahwa adonan es krim yang tadinya bersuhu panas justru membeku lebih cepat. Ketika SMA, Mpemba menghadiri kuliah umum fisika yang diberikan oleh Dr. Denis Osborne di sekolahnya. Di akhir kuliah, Mpemba bertanya kepada Dr. Osborne, “Jika Anda memiliki dua wadah berisi air dengan volume sama, yang satu bersuhu 35o C dan satu lagi bersuhu 100o C, dan Anda letakkan keduanya di dalam freezer, maka air yang tadinya bersuhu 100o C membeku lebih cepat. Mengapa?” Kala itu, Dr. Osborne tidak dapat menjawabnya. Namun setahun kemudian, setelah melakukan serangkaian eksperimen, ia membenarkan adanya fenomena tersebut. Sejak saat itu, fenomena ini dikenal sebagai Efek Mpemba. Efek Mpemba merupakan efek yang misterius. Hingga kini para ilmuwan masih memperdebatkan mengapa dan dalam batasan apa efek ini bisa terjadi. Jadi, belum ada satupun teori yang meyakinkan untuk menjelaskan Efek Mpemba. Pada kesempatan ini, saya akan mengungkapkan sebuah teori baru yang saya kembangkan sendiri dan saya yakini merupakan penjelasan atas Efek Mpemba.
Partikel air terbentuk dari dua atom H dan satu
atom O sehingga menghasilkan molekul H2O (Gambar 2). Ketika
mengandung banyak energi (suhunya panas), atom H dan O bergerak acak dengan cepat. Pergerakan yang cepat ini
membuat jarak antar atom melebar (Gambar
3-a). Sebaliknya, ketika mengandung sedikit energi (suhunya dingin), atom H dan
O bergerak acak dengan lambat.
Pergerakan yang lambat ini membuat jarak antar atom memendek (Gambar 3-b). Air akan membeku jika suhunya mencapai 0o
C atau kurang. Pada keadaan membeku, jarak antara atom-atom air sangat dekat.
Atom H dan O diikat oleh ikatan kovalen, yaitu ikatan yang terbentuk dari penggunaan eletron valensi secara bersama-sama antara dua buah atom. Garis lurus hitam penghubung atom H dan O yang tampak di Gambar 2 dan 3 merupakan ilustrasi dari adanya ikatan kovalen tersebut. Pada kenyataannya, ikatan kovalen berbentuk gaya tarik-menarik antara kedua atom. Ikatan kovalen cenderung bersifat elastis. Artinya, ketika jarak antara dua atom semakin jauh, gaya tariknya cenderung semakin kuat untuk membuat kedua atom tersebut berdekatan kembali (gaya pembalik). Fenomena ini dapat dianalogikan seperti karet (Gambar 4).
Jika Anda merentangkan (memanjangkan) seutas karet, maka sifat elastis karet itu akan menimbulkan gaya pembalik yang memaksanya untuk kembali ke ukurannya semula. Semakin panjang karet itu direntangkan, semakin kuat gaya pembaliknya. Ketika air panas ditempatkan pada lingkungan yang suhunya lebih dingin, sebagian energi akan hilang dari molekul air karena diserap oleh lingkungan yang dingin. Hilangnya energi itu mengakibatkan hilangnya kekuatan yang tadinya membuat atom H dan O berjauhan. Akibatnya, gaya pembalik akan mendekatkan kembali atom H dan O. Jika suhu air sangat panas, maka gaya pembalik dari ikatan kovalennya sangat besar. Ketika air panas itu ditempatkan pada suhu yang sangat dingin, energinya akan hilang secara cepat dan elastisitas gaya pembalik akan mendekatkan kembali atom H dan O secara cepat pula. Analogi dari kondisi ini adalah ketika seutas karet direntangkan panjang-panjang dan dilepaskan secara tiba-tiba, maka karet akan kembali memendek dengan sangat cepat. Ketika jarak antara atom H dan O telah sedemikian dekat, wujud air langsung membeku. Jika suhu air tidak panas (dingin), maka gaya pembalik dari ikatan kovalennya tidak terlalu besar. Ketika air itu ditempatkan pada suhu yang sangat dingin, energinya akan hilang secara perlahan dan elastisitas gaya pembalik akan mendekatkan kembali atom H dan O secara perlahan pula. Analogi dari kondisi ini adalah ketika seutas karet hanya direntangkan sedikit dan dilepaskan, maka karet akan kembali memendek secara perlahan. Air akan membeku ketika pada akhirnya jarak antara atom H dan O sudah sedemikian dekat. Itulah juga sebabnya jika kita melemparkan air dingin ke udara di daerah bersalju, maka air hanya akan jatuh kembali ke tanah, tetap berwujud air. Akan tetapi jika yang kita lemparkan itu adalah air panas, maka air akan langsung membeku menjadi salju di udara. Anda dapat menyaksikan fenomena tersebut melalui video berikut ini.
Perlu ditegaskan bahwa Efek Mpemba tidak akan terjadi jika suhu air tidak terlalu panas dan/atau suhu lingkungan tidak terlalu dingin. Jadi, diperlukan perbedaan suhu yang cukup ekstrim antara air dan lingkungan untuk memunculkan Efek Mpemba. Suhu air harus sangat panas dan suhu lingkungan harus sangat dingin. Perbedaan antara suhu air yang baru mendidih dan suhu lingkungan di dalam freezer pembuat es batu (atau suhu lingkungan di daerah bersalju) sudah cukup ekstrim untuk memunculkan Efek Mpemba. ******* Sumber Gambar: http://us.123rf.com/400wm/400/400/janpietruszk/janpietruszk0911/janpietruszk091101072/5930802-ice-cubes.jpg http://25.media.tumblr.com/tumblr_lv3x2gTxxh1r73aw3o1_400.png http://i654.photobucket.com/albums/uu262/davoretheconqueror/RubberBand.jpg Di tahun 1963, seorang siswa dari Tanzania bernama Erasto Mpemba menyadari sesuatu yang aneh saat membuat es krim. Ketika ia membekukan campuran yang panas mendidih, ternyata itu membeku lebih cepat dari pada campuran temannya yang lebih dingin. Fenomena ini kemudian dipublikasi dalam jurnal imiah oleh Mpemba pada tahun 1969 dan diketahui sebagai efek Mpemba. Namun hingga hari ini gak ada yang yakin cara kerjanya bisa digunakan untuk kehidupan sehari-hari. Saat ini, para ilmuwan dari Southern Methodist University di Texas dan Nanjing University di Tiongkok telah mempublikasi sebuah jurnal ilmiah baru dalam Journal of Chemical Theory and Computation yang bermaksud untuk mempersembahkan jawabannya. Mereka menemukan bahwa hubungan antara atom Hidrogen dan atom Oksigen dari molekul air yang bisa menjadi penyebabnya. Dieter Cremer dari Southern Methodist University sebagai salah satu peneliti mengatakan bahwa ikatan Hidrogen berubah ketika menghangatkan air. Ia menambahkan bahwa di temperatur yang lebih tinggi, lebih banyak ikatan Hidrogen menjadi kuat karena yang lemah menjadi rusak. Ini menyebabkan sekelompok molekul membentuk fragmen yang mampu disusun cepat menjadi struktur kristal es. Untuk air yang lebih dingin, ikatannya harus dihancurkan dulu sebelum akhirnya tersusun menjadi es. Baca Juga: 7 Fenomena Aneh di Dunia yang Gak Bisa Dijelaskan Secara Ilmiah Walau begitu, konsep bahwa air panas dapat membeku lebih cepat daripada air dingin tetap kontroversial. Artikel terbaru lainnya dari November 2016 melaporkan bahwa gak ada bukti yang bisa mendukung kebenaran efek Mpemba. Penulisnya menambahkan bahwa mereka gak termakan dengan kesimpulan penelitian Mpemba, malah sebaliknya. Satu masalah besar adalah efek tersebut susah dihasilkan, walaupun belum menghentikan banyaknya teori yang dilahirkan, tentang bagaimana caranya supaya efek Mpemba itu bisa bekerja. Salah satunya adalah karena air panas akan menguap, yang akan mengurangi massa dan jumlah air untuk membeku. Alasan lainnya adalah air dalam temperatur rendah membeku dari atas, sedangkan air hangat membeku dari bawah. Ini masih menjadi topik menarik. Forbes mencatat bahwa pada tahun 2012, Royal Society of Chemistry bahkan mengadakan kompetisi untuk penjelasan terbaik terhadap efek Mpemba tersebut - dengan pemenangnya berpikir bahwa itu fenomena “supercooling”. Petugas keselamatan radiasi, James Brownridge, dibantu oleh New York State University, telah mempelajari efek Mpemba di waktu luangnya selama dekade terakhir, Mereka melakukan ratusan percobaan, dan mereka menemukan bahwa proses pendinginan unik terlibat dalam efek ini. Brownridge mengatakan dia menemukan air biasanya mengalami kondisi supercool pada 0°C dan hanya mulai membeku di bawah suhu ini. Titik beku diatur oleh kotoran dalam air yang membentuk formasi kristal es. Kotoran seperti debu, bakteri, dan garam terlarut semuanya memiliki suhu nukleasi yang khas. Ketika memang ada tambahan materi seperti itu, beberapa titik beku ditentukan oleh suhu nukleasi tertinggi. Namun bagaimana itu terjadi atau apakah efek itu benar-benar bisa diterapkan di kehidupan sehari-hari, masih belum benar-benar jelas. Walaupun begitu, penelitian paling baru akan menawarkan solusi paling masuk akal, walaupun belum banyak yang setuju menjadikannya pegangan. Repot juga ya tentang air beku lebih cepat mana. Baca Juga: Peneliti Buktikan: Orangtuamu Lebih Panjang Umur Kalau Kamu Sering Bersama Mereka
Baca Artikel Selengkapnya |
Apakah air panas akan membeku menjadi es batu lebih cepat daripada air dingin di freezer Anda?
Pos Terkait
Copyright © 2024 kemunculan Inc.
