Sebuah studi baru mengungkapkan bahwa, dalam kondisi yang sangat dingin di bulan terbesar Saturnus, Titan, aturan kimia yang kita pahami di Bumi dapat ditulis ulang. Para ilmuwan telah menemukan bahwa air dan zat mirip minyak dapat membentuk campuran yang stabil—sebuah penemuan mengejutkan yang membuka kemungkinan terjadinya interaksi molekul kompleks di seluruh tata surya kita.
Menantang Aturan Dasar Kimia
Prinsip yang berlaku bahwa “sejenis larut seperti” menyatakan bahwa campuran yang mengandung zat polar dan nonpolar umumnya terpisah menjadi lapisan yang berbeda. Molekul polar, seperti air atau hidrogen sianida, memiliki distribusi muatan listrik yang tidak merata, sehingga menciptakan area dengan sedikit muatan positif dan negatif yang saling tarik menarik. Senyawa nonpolar, seperti minyak dan hidrokarbon, memiliki susunan muatan simetris dan hanya berinteraksi lemah dengan molekul nonpolar di sekitarnya.
Namun, penelitian dari Jet Propulsion Laboratory NASA dan Chalmers University of Technology di Swedia telah menunjukkan bahwa hidrogen sianida, sebuah molekul polar, membentuk kristal bersama yang stabil dengan metana dan etana, dua hidrokarbon yang sangat nonpolar, di permukaan Titan. Interaksi tak terduga ini bertentangan dengan pemahaman kimia konvensional. “Hal ini bertentangan dengan aturan dalam kimia, ‘seperti larut seperti’, yang pada dasarnya berarti bahwa zat polar dan nonpolar tidak boleh digabungkan,” jelas penulis utama studi Martin Rahm, seorang profesor kimia.
Menciptakan Kembali Kondisi di Titan
Tim tersebut berusaha memahami nasib hidrogen sianida yang diproduksi di atmosfer Titan, yang mengandung nitrogen, metana, dan etana dalam jumlah tinggi. Senyawa-senyawa ini berputar melalui sistem cuaca lokal yang mirip dengan siklus air di bumi. Untuk menyelidikinya, para peneliti menciptakan kembali kondisi permukaan Titan dengan menggabungkan campuran metana, etana, dan hidrogen sianida pada suhu sekitar -297 derajat Fahrenheit (-183 derajat Celsius). Analisis spektroskopi—metode mempelajari bahan kimia dengan mengamati bagaimana bahan tersebut berinteraksi dengan cahaya—mengungkapkan hasil yang mengejutkan: senyawa yang tampaknya tidak kompatibel ini berinteraksi jauh lebih dekat daripada yang diamati sebelumnya.
Analisis menunjukkan bahwa molekul metana dan etana nonpolar ditempatkan pada celah dalam struktur kristal padat hidrogen sianida—sebuah proses yang dikenal sebagai interkalasi. Hal ini menciptakan co-kristal yang tidak biasa yang mengandung kedua set molekul.
Dari Eksperimen ke Teori
Untuk menjelaskan pengamatan mereka, tim NASA berkolaborasi dengan para peneliti di Chalmers University of Technology untuk memodelkan ratusan struktur ko-kristal potensial, menilai stabilitas masing-masing struktur dalam kondisi dingin Titan.
“Perhitungan kami memperkirakan tidak hanya campuran tak terduga tersebut stabil dalam kondisi Titan, namun juga spektrum cahaya yang bertepatan dengan pengukuran NASA,” jelas Rahm.
Melalui analisis teoretis, para peneliti mengidentifikasi beberapa bentuk kristal stabil, menunjukkan bahwa gaya antarmolekul dalam padatan hidrogen sianida secara tak terduga diperkuat oleh pencampuran ini.
Signifikansi dan Eksplorasi Masa Depan
Penemuan ini memiliki implikasi besar untuk memahami proses kimia di Titan dan kemungkinan besar di seluruh tata surya. Kemampuan molekul yang tampaknya tidak kompatibel untuk berinteraksi dan membentuk struktur yang stabil menimbulkan kemungkinan menarik untuk interaksi molekul yang kompleks, bahkan mungkin potensi pembentukan senyawa organik baru.
Seperti yang diamati oleh Athena Coustenis, ilmuwan planet di Observatorium Paris-Meudon, kombinasi temuan eksperimental dan teoretis sangat mengesankan, dan dia sangat ingin melihat bagaimana data masa depan, termasuk data dari wahana Dragonfly milik NASA (yang dijadwalkan tiba di Titan pada tahun 2034), akan melengkapi temuan penelitian tersebut.
Temuan bahwa air dan zat mirip minyak dapat bercampur dalam kondisi tertentu secara drastis mengubah pemahaman kita tentang interaksi kimia di lingkungan ekstrem di tata surya kita.
