Masukkan es batu ke dalam segelas air, dan es itu akan mengapung. Masukkan es batu ke dalam teh manis atau jus, hasilnya sama: es tetap berada di permukaan. Padahal, kita terbiasa berpikir bahwa benda padat akan tenggelam di dalam cairan. Batu tenggelam, besi tenggelam, bahkan koin kecil pun tenggelam. Mengapa es berbeda? Jawabannya terletak pada sifat air yang sangat tidak biasa.
Jawaban singkatnya adalah: es lebih ringan daripada air untuk volume yang sama. Kepadatan es adalah 0,9167 hingga 0,9168 gram per sentimeter kubik pada suhu 0 derajat Celsius dan tekanan atmosfer standar, sedangkan air memiliki kerapatan 0,9998 hingga 0,999863 gram per sentimeter kubik pada suhu dan tekanan yang sama. Dengan kata lain, bentuk padat air, yaitu es beku pada tekanan atmosfer, kira-kira 9 persen kurang padat daripada air cair. Karena lebih ringan, es mengapung.
Massa Jenis: Kunci Mengapa Benda Mengapung atau Tenggelam
Untuk memahami mengapa es mengapung, kita perlu memahami konsep massa jenis, yaitu massa suatu zat dibagi volumenya. Benda akan mengapung jika massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis cairan tempatnya berada, dan akan tenggelam jika massa jenisnya lebih besar. Kayu mengapung karena massa jenisnya lebih kecil daripada air, sedangkan batu tenggelam karena massa jenisnya lebih besar.
Prinsip yang sama berlaku untuk es. Karena massa jenis es sekitar 0,917 gram per sentimeter kubik, lebih kecil daripada massa jenis air yang mendekati 1 gram per sentimeter kubik, es pun mengapung. Sebagian besar es memang berada di bawah permukaan, dan hanya sebagian kecil yang muncul di atas air. Inilah yang terjadi pada gunung es di laut: hanya sekitar sepersepuluh bagian yang terlihat di atas permukaan, sedangkan sebagian besarnya tersembunyi di bawah air.
Baca Juga: Mengapa Air Laut Terasa Asin? Penjelasan Sederhana
Mengapa Air Membesar Saat Membeku?
Yang membuat air istimewa adalah bahwa air justru membesar saat membeku. Kebanyakan zat lain menyusut ketika berubah dari cair menjadi padat, karena molekul-molekulnya menjadi lebih rapat. Air justru sebaliknya: saat air membeku, volumenya bertambah sekitar 9 persen. Inilah sebabnya botol berisi air bisa pecah jika dimasukkan ke dalam freezer, dan pipa air bisa retak saat musim dingin.
Penyebabnya adalah struktur molekul air. Molekul air terdiri dari satu atom oksigen yang secara kovalen berikatan dengan dua atom hidrogen, atau H-O-H. Banyak sifat fisik air dan es dikendalikan oleh pembentukan ikatan hidrogen antara oksigen dan atom hidrogen yang berdekatan. Meskipun ikatannya lemah, ia tetap penting dalam menjaga struktur air dan es. Saat air membeku, ikatan hidrogen mengatur molekul-molekul air menjadi kristal yang teratur dengan jarak antar-molekul yang lebih renggang, sehingga volume membesar dan massa jenis menurun.
Air Paling Padat pada Suhu 4 Derajat Celsius
Ada satu fakta menarik lain: air cair paling padat, dengan kerapatan 1 gram per sentimeter kubik, pada suhu 4 derajat Celsius, dan menjadi tidak begitu padat ketika molekul air mulai membentuk kristal es heksagonal saat titik beku tercapai. Artinya, saat air mendingin dari suhu ruang menuju 4 derajat Celsius, molekul-molekulnya makin rapat dan massa jenisnya naik. Namun, begitu suhu turun di bawah 4 derajat Celsius, ikatan hidrogen mulai mendominasi dan mengarahkan molekul ke dalam struktur kristal yang lebih terbuka, sehingga air menjadi kurang padat.
Pembekuan ini umumnya terjadi bila air didinginkan di bawah suhu 0 derajat Celsius pada tekanan atmosfer standar. Hampir semua es di permukaan bumi dan di atmosfernya adalah struktur kristal heksagonal yang dilambangkan sebagai es Ih, dengan jejak kecil es kubus yang dilambangkan sebagai es Ic. Transisi fase paling umum ke es Ih terjadi ketika air cair didinginkan di bawah 0 derajat Celsius pada tekanan atmosfer standar.
Baca Juga: Mengapa Bulan Terlihat Berbeda Setiap Malam? Penjelasan 8 Fase Bulan yang Mudah Dipahami
Jika Es Tenggelam, Kehidupan di Danau Akan Punah
Sifat mengapungnya es bukan sekadar keanehan fisika, melainkan kunci bagi kehidupan di Bumi. Bayangkan jika es tenggelam: saat musim dingin, es akan tenggelam ke dasar danau, lapisan air di atasnya membeku lagi dan tenggelam lagi, hingga seluruh danau membeku dari dasar ke atas. Ikan dan makhluk air lainnya tidak akan dapat bertahan hidup.
Karena es mengapung, justru yang terjadi adalah sebaliknya: lapisan es terbentuk di permukaan dan menjadi pelindung yang mengisolasi air di bawahnya dari udara dingin. Air di bawah lapisan es tetap berada di sekitar 4 derajat Celsius, cukup hangat bagi ikan dan makhluk air untuk bertahan hidup selama musim dingin. Di daerah kutub, es juga berlimpah di permukaan bumi, khususnya di daerah kutub dan di atas garis salju, dan memainkan peran kunci dalam siklus air dan iklim Bumi.
Es di Alam dan dalam Kehidupan Sehari-hari
Es berlimpah di permukaan bumi dan muncul secara alami dari Merkurius hingga sejauh objek awan Oort di Tata Surya. Di Bumi, es jatuh dari atmosfer sebagai butiran salju dan hujan es, dan membentuk gletser, gunung es, dan lapisan es di kutub. Kata “es” sendiri diambil dari bahasa Belanda “ijs”, karena di Indonesia tidak dijumpai es secara alami, sehingga tidak ada padanan resmi dalam bahasa Indonesia. Di Malaysia, “es” biasa disebut “air batu”.
Dalam kehidupan sehari-hari, es digunakan dalam berbagai cara, termasuk pendinginan, olahraga musim dingin, dan pahatan es. Es batu dalam minuman kita adalah contoh paling dekat dari fenomena ilmiah yang luar biasa ini: sebuah zat padat yang mengapung di dalam cairannya sendiri, berkat ikatan hidrogen dan struktur kristal yang unik.
Penutup
Es mengapung di air karena massa jenisnya sekitar 9 persen lebih kecil daripada air cair, berkat ikatan hidrogen yang membuat molekul air membentuk kristal heksagonal yang renggang saat membeku. Air adalah salah satu dari sedikit zat di alam yang membesar saat membeku, dan sifat inilah yang memungkinkan kehidupan bertahan di danau yang membeku pada musim dingin. Lain kali kamu melihat es batu mengapung di gelasmu, ingatlah bahwa di balik pemandangan sederhana itu tersimpan keajaiban fisika yang menjaga kehidupan di Bumi.
Sumber:
Wikipedia bahasa Indonesia, Es
https://id.wikipedia.org/wiki/Es
