Ilmuwan memecahkan misteri oksigen yang sangat reaktif
Para peneliti telah mengungkap teka-teki lama puluhan tahun dalam kimia dengan menjelaskan bagaimana oksigen menjadi sangat reaktif dalam kondisi tertentu. Terobosan ini, yang dirinci dalam studi terbaru, mengungkap mekanisme baru yang melibatkan reaksi oksigen atom. Penemuan ini dapat mengubah pemahaman tentang proses atmosfer dan pembakaran.
Selama lebih dari 50 tahun, para ahli kimia telah bingung dengan perilaku oksigen yang sangat reaktif, terutama dalam bentuk yang dikenal sebagai oksigen singlet, yang memainkan peran krusial dalam reaksi dari fotosintesis hingga polusi. Tim yang dipimpin oleh David Osborn di Sandia National Laboratories di Amerika Serikat akhirnya memecahkan misteri tersebut melalui teknik eksperimental canggih.
Studi tersebut, yang diterbitkan di jurnal Science pada 10 Oktober 2024, berfokus pada reaksi antara atom oksigen dan oksigen molekuler. Menggunakan metode yang disebut velocity map imaging, para peneliti mengamati perantara singkat dalam reaksi O + O2 → O3, tetapi dengan twist: mereka mengidentifikasi jalur yang mengarah pada pembentukan produk oksigen dalam keadaan triplet yang sangat reaktif.
"Reaksi ini telah menjadi kotak hitam selama begitu lama," kata Osborn dalam wawancara dengan New Scientist. "Kami sekarang melihat dengan tepat bagaimana energi didistribusikan, menjelaskan mengapa oksigen tiba-tiba menjadi begitu agresif dalam memutus ikatan."
Latar belakang teka-teki ini kembali ke tahun 1970-an, ketika eksperimen awal menunjukkan ketidakkonsistenan dalam tingkat reaktivitas oksigen di bawah tekanan dan suhu yang berbeda. Model sebelumnya mengasumsikan transfer energi sederhana, tetapi gagal memperhitungkan efek kuantum yang memungkinkan oksigen mengakses keadaan elektronik terlarang.
Wawasan baru ini mengonfirmasi detail dari berbagai simulasi komputasi yang dilakukan pada 2010-an, menyelesaikan perbedaan di mana data laboratorium bertentangan dengan teori—misalnya, laporan sebelumnya menyarankan tingkat reaksi 10 kali lebih tinggi dari yang diprediksi, sementara pekerjaan ini menyelaraskannya dengan tepat.
Implikasi meluas di luar kimia murni. Di atmosfer, mekanisme ini dapat memengaruhi pengurangan ozon dan pembentukan smog, memengaruhi model iklim. Di industri, prediksi yang lebih baik tentang reaktivitas oksigen mungkin meningkatkan desain mesin dan mengurangi emisi dari proses pembakaran.
Penelitian dilakukan menggunakan fasilitas mutakhir di Fasilitas Penelitian Pembakaran Sandia, menyoroti peran laboratorium nasional dalam sains dasar. Meskipun tim menekankan perlunya validasi lebih lanjut di lingkungan kompleks, ini menyelesaikan enigma inti yang telah menghindari para ilmuwan selama beberapa generasi.