Selama lebih dari dua abad, para ilmuwan telah mengetahui bahwa air menghantarkan muatan positif melalui proton. Namun, mereka sebenarnya belum pernah benar-benar melihatnya terjadi—sampai sekarang.
Dalam sebuah makalah di Science yang terbit pada 11 September, para peneliti dari Yale melaporkan bahwa mereka merancang suatu metode untuk melacak, mengukur, dan secara efektif "melihat" perjalanan proton melalui air. Untuk eksperimen ini, tim menggunakan spektrometer massa sepanjang 9 meter—instrumen yang memisahkan unsur-unsur berbeda berdasarkan massa—yang membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk dikustomisasi dan disempurnakan. Perangkat ini memungkinkan mereka mengukur seberapa cepat proton bergerak melalui enam molekul air yang bermuatan.
“Kami memperlihatkan apa yang terjadi dalam sistem molekuler kecil di mana tidak ada tempat bagi proton untuk bersembunyi,” kata Mark Johnson, penulis senior studi tersebut dan seorang kimiawan di Universitas Yale, dalam sebuah rilis.
Memecahkan misteri yang tampak jelas
Ada daftar panjang hal-hal dalam sains yang kita ketahui—atau sangat duga—sebagai kebenaran, namun belum pernah dikonfirmasi secara langsung atau masih belum memiliki penjelasan yang memadai.
Hal itu tidak menghentikan para ilmuwan dan insinyur untuk menggunakan ide-ide yang belum terkonfirmasi ini guna mencapai sejumlah terobosan luar biasa. Proton dalam air, misalnya, berperan dalam “segala hal mulai dari penglihatan hingga penyimpanan energi hingga bahan bakar roket,” jelas para peneliti.
Akan tetapi, proton sangatlah kecil dan menunjukkan sifat-sifat mekanika kuantum, yang membuatnya sangat sulit untuk dilacak.
“Mereka tidak cukup sopan untuk tinggal di satu tempat cukup lama agar kita dapat mengamatinya dengan mudah,” ujar Johnson. “Proton diduga menghantarkan muatan melalui mekanisme estafet berskala atomik, di mana mereka melompat dari satu molekul ke molekul lainnya.”
Terjebak dalam ‘taksi’ organik
Untuk mengamati proses semacam ini secara langsung, Johnson dan timnya menggunakan asam 4-aminobenzoate, sebuah molekul organik yang mampu menerima proton tambahan pada dua tempat berbeda. Kedua lokasi ini dapat dibedakan berdasarkan warna cahaya yang mereka serap, ungkap Payten Harville, rekan penulis utama studi dan seorang pelajar pascadoktoral di Yale, dalam rilis tersebut.
Untuk eksperimen ini, tim menempelkan molekul asam 4-aminobenzoate ke enam molekul air. Harville menjelaskan bahwa dalam susunan ini, proton hanya dapat “berpindah dari satu tempat berlabuh ke tempat lainnya dengan menumpang ‘taksi’ jaringan air.”
Ketika proton “menumpang” taksi tersebut, spektrometer massa khusus tim menganalisis setiap reaksi sepuluh kali per detik secara “destruktif” dengan laser yang diatur waktunya secara hati-hati, jelas para peneliti.
Perlu dicatat, eksperimen ini masih belum berhasil menangkap tahap-tahap peralihan dari jalur proton melalui air. Namun, ini menetapkan parameter paling ketat untuk proses tersebut sejauh ini, kata Johnson.
“Kami mampu menyediakan parameter yang akan memberi para teoretisi target yang terdefinisi dengan baik untuk simulasi kimia mereka, yang telah ada di mana-mana tetapi belum ditantang oleh tolok ukur eksperimental,” tambahnya.
Memang, jika teknologi ini dapat diperluas di luar spektrometer kustom Yale, ini dapat memberikan dorongan tambahan bagi ketepatan eksperimen dalam kimia dasar. Mengingat ilmu pengetahuan membutuhkan waktu 200 tahun untuk sampai pada titik ini, butuh beberapa tahun lagi untuk benar-benar mematangkan metode ini seharusnya menjadi penantian yang lebih singkat.