Mengapa Logam dapat Meledak di Dalam Air?

Gambar ilustrasi reaksi antara logam dengan air. Gambar ini menunjukan reaksi antara logam alkali yakni unsur natrium dengan air. (sumber gambar: askiitians.com)

WANIBESAKc - Ini adalah sebuah eksperimen kimia klasik: Seorang guru yang tergoda menjatuhkan sedikit logam ke dalam air - dan BOOM.

Campuran itu meledak dalam kilatan terang. Jutaan siswa telah melihat reaksinya. Nah, berkat gambar yang diambil dengan kamera berkecepatan tinggi, ahli kimia akhirnya bisa menjelaskannya.

Percobaan hanya bekerja dengan unsur logam alkali. Kelompok ini meliputi natrium (sodium) dan kalium (potassium). Unsur-unsur ini muncul di kolom pertama tabel periodik. Di alam, logam umum ini terjadi hanya dalam kombinasi dengan unsur lainnya. Dan itu karena mereka sangat reaktif sehingga mudah mengalami reaksi dengan bahan lainnya.

Buku teks kimia biasanya menjelaskan reaksi logam dengan air secara sederhana seperti ini: “Saat air menyentuh logam, logam akan melepaskan elektron. Partikel bermuatan negatif ini menghasilkan panas saat mereka meninggalkan logam. Sepanjang perjalanan, mereka juga memecah molekul air. Reaksi itu melepaskan atom hidrogen. Hidrogen merupakan suatu unsur yang dapat meledak bila hidrogen terkena panas”.

Tapi itu bukan keseluruhan cerita, kata ahli kimia Pavel Jungwirth memperingatkan, yang memimpin suatu studi.

"Ada bagian penting dari teka-teki yang mendahului ledakan tersebut."  Kata Jungwirth bekerja di Akademi Ilmu Pengetahuan Ceko di Praha. Untuk menemukan potongan puzzle yang hilang itu, dia beralih ke video berkecepatan tinggi ini. Timnya memperlambat video dan memeriksa aksi tersebut, bingkai demi bingkai. Dalam sepersekian detik sebelum ledakan, duri tampaknya tumbuh dari permukaan logam yang halus. Lonjakan ini meluncurkan reaksi berantai yang mengarah pada ledakan tersebut.

Penemuan mereka membantu Jungwirth dan timnya mengerti bagaimana ledakan besar semacam itu bisa meletus dari reaksi sederhana semacam itu. Temuan mereka muncul di Nature Chemistry 26 Januari 2017.

PERTAMA DATANG KERAGUAN

Ahli kimia Philip Mason bekerja dengan Jungwirth. Dia tahu penjelasan buku teks lama tentang apa yang menyebabkan ledakan tersebut. Tapi itu mengganggunya. Dia tidak berpikir itu menceritakan keseluruhan cerita.

"Saya telah melakukan ledakan natrium ini bertahun-tahun," katanya pada Jungwirth, "dan saya masih tidak mengerti bagaimana cara kerjanya."

Panas dari elektron harusnya menguapkan air, menciptakan uap, pikir Mason. Uap itu akan menjadi seperti selimut. Jika ya, itu harus mematikan elektron, mencegah ledakan hidrogen.

Untuk menyelidiki reaksi secara detail, dia dan Jungwirth membentuk reaksi dengan menggunakan campuran natrium dan kalium, yang cair pada suhu kamar. Mereka menjatuhkan segumpal kecil itu ke genangan air dan memfilmkannya.

Kamera yang mereka gunakan mampu menangkap 30.000 gambar per detik, memungkinkan video dengan gerakan sangat lamban. Sebagai perbandingan, iPhone 6 merekam video gerak lambat dengan hanya 240 frame per detik.

Saat para periset mengamati gambar aksi mereka, mereka menemukan bahwa bentuk logam menjadi berduri sesaat sebelum ledakan. Duri inilah yang membantu  mereka memecahkan misteri itu.

Saat logam menyentuh air, ia melepaskan elektron. Setelah elektron lari, atom bermuatan positif tertinggal. Jadi atom positif itu saling menjauh, menciptakan duri. Proses itu mengekspos elektron baru ke air. Ini berasal dari atom di dalam logam. Pelepasan elektron-elektron ini dari atom meninggalkan lebih banyak atom bermuatan positif. Dan mereka membentuk lebih banyak duri. Reaksi pun berlanjut. Riam ini akhirnya membangun cukup panas untuk menyalakan hidrogen sebelum uap bisa menghentikan ledakan.

"Masuk akal," kata Rick Sachleben kepada Science News. Dia adalah seorang ahli kimia di Momenta Pharmaceuticals di Cambridge, Massachusetts, yang tidak ikut mengerjakan studi tersebut.

Sachleben berharap penjelasan baru ini sampai ke ruang kelas kimia. Ini menunjukkan bagaimana seorang ilmuwan dapat mempertanyakan asumsi lama dan menemukan pemahaman yang lebih dalam. "Itu bisa menjadi saat mengajar yang sesungguhnya," katanya.