Molekul Ajaib Air

Zat cair yang khusus dipilih untuk kehidupan - "air" - meliputi dua pertiga bagian permukaan bumi. Tubuh seluruh makhluk hidup di bumi dibentuk cairan khusus ini dengan perbandingan berkisar antara 50-95%. Dari bakteri yang hidup di sumber air panas dengan suhu mendekati titik didih air, sampai lumut pada aliran lelehan salju, kehidupan ada di segala tempat di mana ada air, tidak peduli pada suhu berapa pun. Bahkan dalam setetes embun di daun setelah hujan, beribu-ribu organisme berukuran mikroskopis lahir, berkembang biak, dan mati.

Protein harus memiliki konfigurasi tiga dimensi yang khusus untuk menjalankan peranan pentingnya dalam tubuh kita. Ikatan lemah antar molekul membentuk struktur ini.

Bagaimana tampak bumi ini bila tidak ada air? Tentunya, di mana-mana hanya ada gurun. Laut tidak ada, dan sebagai gantinya menganga ngarai dan lubang mengerikan. Langit tampak tidak berawan dan akan berwarna aneh.

Sebetulnya, air yang merupakan dasar kehidupan di bumi sangat sulit terbentuk. Pertama, mari kita bayangkan, molekul-molekul hidrogen dan oksigen, yang merupakan komponen air, kita masukkan ke dalam mangkok kaca. Lalu kita biarkan mereka dalam mangkok kaca untuk waktu sangat lama. Gas-gas ini belum tentu membentuk air walaupun mereka berada di dalam mangkok selama ratusan tahun. Kalaupun air bisa terbentuk, tak akan lebih dari setetes di dasar mangkok dan itu mungkin akan terjadi setelah beribu-ribu tahun.

Air terbentuk begitu lambat dalam kondisi ini karena faktor suhu. Pada suhu kamar, oksigen dan hidrogen bereaksi sangat lambat.

Oksigen dan hidrogen, dalam keadaan bebas, berbentuk molekul H₂ dan O₂. Untuk membentuk molekul air, mereka harus bertubrukan. Sebagai hasil dari tubrukan ini, ikatan-ikatan yang membentuk molekul hidrogen dan oksigen melemah, sehingga tidak ada rintangan lagi bagi atom-atom hidrogen dan oksigen untuk bergabung. Suhu meningkatkan energi yang kemudian meningkatkan kecepatan molekul-molekul ini, dan akhirnya memperbanyak jumlah tubrukan. Jadi, ini mempercepat reaksi. Namun, saat ini tidak ada suhu yang cukup tinggi untuk menghasilkan air di bumi. Panas yang dibutuhkan untuk membentuk air disediakan ketika bumi terbentuk, yang menghasilkan begitu banyak air sehingga memenuhi tiga perempat bagian permukaan bumi. Kini, air menguap dan naik ke atmosfer di mana air mendingin dan kembali ke bumi dalam bentuk hujan. Jadi, tidak ada peningkatan dalam kuantitas; hanya siklus yang tiada henti.

Sifat-Sifat Ajaib Air

Air mempunyai banyak sifat kimia yang istimewa. Setiap molekul air terbentuk dari penggabungan atom hidrogen dan oksigen. Yang menarik adalah bahwa kedua gas ini, yang satu bersifat membakar, yang lain bersifat mudah terbakar, bergabung untuk membentuk cairan, yaitu air.

Sekarang, mari kita lihat sepintas bagaimana air terbentuk secara kimia. Muatan listrik air adalah 0, berarti netral. Tetapi disebabkan ukuran atom oksigen dan hidrogen, komponen oksigen molekul air memiliki muatan yang sedikit negatif, dan komponen hidrogennya bermuatan sedikit positif. Ketika lebih dari satu molekul air bergabung, muatan-muatan positif dan negatif saling menarik untuk membentuk ikatan yang sangat khusus yang disebut "ikatan hidrogen". Ikatan hidrogen adalah ikatan yang sangat lemah dan entah mengapa berumur pendek. Usia ikatan hidrogen ini kira-kira satu per seratus-milyar detik. Tetapi begitu satu ikatan pecah, ikatan yang lain terbentuk. Jadi, molekul-molekul air merekat kuat satu sama lain sambil mempertahankan bentuk cair karena mereka diikat dengan ikatan lemah.

"Apakah kamu tiada melihat bahwasanya Allah menurunkan air dari langit, lalu jadilah bumi itu hijau? Sesungguhnya Allah Mahahalus lagi Maha Mengetahui." (QS. Al Hajj, 22: 63)

Ikatan hidrogen juga memungkinkan air menahan perubahan temperatur. Walaupun temperatur udara meningkat cepat, suhu air meningkat dengan lambat, dan begitu juga bila suhu udara tiba-tiba turun, maka suhu air akan turun dengan lambat. Dibutuhkan perubahan suhu yang besar untuk menyebabkan perubahan suhu dalam air. Energi termal air yang tinggi ini memiliki fungsi penting dalam hidup kita. Sebagai contoh, terdapat sejumlah besar air dalam tubuh kita. Bila air beradaptasi sesuai dengan perubahan suhu yang tiba-tiba di udara, kita akan menjadi demam atau beku tiba-tiba.

Air juga memerlukan energi termal yang tinggi untuk menguap. Karena air menggunakan energi termal cukup banyak saat menguap, suhunya menjadi turun. Sebagai contoh, kembali ke tubuh manusia, suhu tubuh normal manusia adalah 36^oC, dan suhu tertinggi yang dapat ditolerir tubuh adalah 42^o C. Interval 6^o ini memang sangat kecil dan bahkan bekerja di bawah terik matahari selama berjam-jam dapat meningkatkan suhu badan setinggi itu. Tetapi, tubuh kita mengeluarkan banyak energi termal dengan berkeringat, yaitu menguapkan air di dalam tubuh, yang akhirnya menyebabkan suhu tubuh menjadi turun. Bila tubuh kita tidak memiliki mekanisme seperti itu, bekerja di bawah sinar matahari beberapa jam saja akan fatal akibatnya.

Jika pembekuan air tidak dimulai dari permukaan ke dasar, sebagian besar laut akan membeku dalam setahun dan kehidupan di laut akan terancam.

Ikatan hidrogen melengkapi air dengan sifat lain yang juga luar biasa, yaitu air lebih kental pada keadaan cair daripada keadaan bekunya. Padahal, sebagian besar zat di bumi lebih kental pada bentuk padat daripada bentuk cairnya.

Berlawanan dengan zat lain, air memuai ketika membeku. Ini karena ikatan hidrogen mencegah molekul-molekul air agar tidak berikatan terlalu kuat, akibatnya banyak ruang kosong di antara mereka. Ikatan hidrogen terurai ketika air berada dalam kondisi cair, yang menyebabkan atom-atom oksigen saling mendekat dan membentuk struktur yang lebih kental.

Hal ini juga yang menjadi penyebab es lebih ringan daripada air. Biasanya, bila Anda mencairkan logam apa saja dan memasukkan logam padatnya ke dalam cairan itu, maka logam padat ini akan langsung tenggalam ke dasar cairan. Pada air, tidak seperti itu. Gunung es dengan berat puluhan ribu ton mengapung di atas air seperti pelampung. Jadi keuntungan apa yang diberikan oleh sifat-sifat air ini untuk kita?

Karena kerapatan air beku lebih kecil daripada bentuk cairnya, maka es terapung di air.

Mari kita jawab pertanyaan ini dengan contoh sungai: Ketika cuaca sangat dingin, yang membeku bukan seluruh sungai namun hanya permukaannya saja. Air mencapai kondisi terberat pada suhu 4^oC dan begitu air mencapai suhu ini, air langsung tenggelam ke dasar. Es terbentuk di atas air sebagai lapisan, di bawah lapisan ini air terus mengalir, dan karena 4^oC adalah suhu di mana organisme hidup masih dapat bertahan, maka kehidupan dalam air tetap berlangsung.

Sifat-sifat unik yang telah Allah berikan kepada air membuat kehidupan bisa terwujud di atas bumi. Dalam Al Quran, Allah menyatakan pentingnya rahmat besar ini, yang diberikan-Nya kepada manusia:

"Dia-lah yang menurunkan air hujan dari langit untuk kamu, sebahagiannya menjadi minuman dan sebahagiannya (menyuburkan) tumbuh-tumbuhan, yang pada (tempat tumbuhnya) kamu menggembalakan ternakmu dan Dia menundukkan malam dan siang matahari dan bulan untukmu. Dan binatang-binatang itu ditundukkan (untukmu) dengan perintah-Nya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar ada tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang memahaminya." 
(QS. An- Nahl, 16: 10-11)

Sifat Air yang Menarik

Kita semua tahu bahwa air mendidih pada suhu 100^o C dan membeku pada suhu 0^oC. Sebetulnya, pada kondisi normal, air tidak mendidih pada suhu 100^oC melainkan pada 180^o C. Mengapa?

Dalam tabel periodik, sifat-sifat unsur dalam grup yang sama meningkat mulai dari unsur teringan hingga unsur terberat. Urutan ini paling tampak pada senyawa hidrogen. Senyawa elemen-elemen dari grup yang sama dengan oksigen pada tabel periodik disebut "hidrida". Air bahkan disebut "oksigen hidrida". Hidrida unsur-unsur lain dalam grup ini memiliki struktur molekul yang sama dengan air. Titik didih dari senyawa-senyawa ini semakin tinggi dimulai dari belerang (Sulfur) hingga unsur yang lebih berat lagi; namun, titik didih air justru bertolak belakang dengan pola ini. Air atau oksigen hidrida mendidih kurang 80^oC dari yang semestinya. Situasi lain yang juga mengejutkan adalah titik beku air. Seharusnya, menurut urutan dalam sistem periodik, air membeku pada suhu 100^oC. Tetapi air melanggar aturan ini dan membeku pada suhu 0^oC, 100^oC lebih tinggi dari seharusnya. Hal ini membuat kita bertanya-tanya, mengapa tidak ada hidrida lain, melainkan hanya air (oksigen hidrida), yang melanggar aturan sistem periodik ini?

Molekul-molekul pada permukaan zat cair membentuk tegangan permukaan. Tegangan ini memberikan gaya kohesi antara molekul-molekul permukaan, yang cukup untuk mencegah kaki serangga air menembus permukaan. Tegangan permukaan air sangat penting untuk proses-proses fisiologis.

"Allah-lah yang telah menciptakan langit dan bumi dan menurunkan air hujan dari langit, kemudian Dia mengeluarkan dengan air hujan itu berbagai buah-buahan menjadi rezeki untuk kamu; dan Dia telah menundukkan bahtera bagimu supaya bahtera itu berlayar di lautan dengan kehendak-Nya, dan dia telah menundukkan (pula) bagimu sungai-sungai. Dan Dia telah menundukkan pula bagimu matahari dan bulan yang terus-menerus beredar (dalam orbitnya); dan telah menundukkan bagimu malam dan siang. Dan dia telah memberikan kepadamu (keperluanmu) dari segala apa yang kamu mohonkan kepadanya. Dan jika kamu menghitung nikmat Allah, tidaklah dapat kamu menghinggakannya. Sesungguhnya manusia itu sangat zalim dan sangat mengingkari (nikmat Allah)." (QS. Ibrahim, 14: 32-34)

Hukum-hukum fisika, hukum-hukum kimia, dan lain-lainnya yang kita sebut aturan hanyalah usaha untuk menerangkan keseimbangan sempurna di alam semesta, dan detail penciptaan. Seluruh penelitian yang dilakukan di abad ke-20, lebih jelas menunjukkan bahwa semua keseimbangan fisik di alam semesta dirancang khusus untuk kehidupan manusia. Penilitian mengungkap bahwa semua hukum fisika, kimia dan biologi yang berlaku di alam semesta seperti halnya atmosfer, matahari, atom-atom, molekul-molekul, dan lain-lain, semuanya diatur seperti yang dibutuhkan dalam menyokong kehidupan manusia. Air, seperti elemen lain yang disebut di atas, cocok untuk kehidupan sampai pada taraf tidak tertandingi zat cair lain, dan sebagian besar bumi terisi air dalam jumlah yang memang tepat untuk kehidupan. Jelas bahwa semua itu tidak mungkin merupakan kebetulan dan bahwa ada aturan dan rancangan sempurna yang berlaku di alam semesta.

Sifat-sifat kimia dan fisika air yang mengejutkan ini membuktikan bahwa zat cair ini telah diciptakan khusus untuk kehidupan manusia. Allah memberikan kehidupan kepada manusia melalui air dan dengan-nya menumbuhkan segala sesuatu dari tanah yang dibutuhkan manusia agar tetap hidup. Allah menyeru manusia untuk memikirkan hal ini:

"Dan Dia-lah yang menurunkan air hujan dari langit, lalu Kami tumbuhkan dengan air itu segala macam tumbuh-tumbuhan, maka Kami keluarkan dari tumbuh-tumbuhan itu tanaman yang menghijau, Kami keluarkan dari tanaman yang menghijau itu butir yang banyak; dan dari mayang korma mengurai tangkai-tangkai yang menjulai, dan kebun-kebun anggur, dan (Kami keluarkan pula) zaitun dan delima yang serupa dan yang tidak serupa. Perhatikanlah buahnya di waktu pohonnya berbuah, dan (perhatikan pulalah) kematangannya. Sesungguhnya pada yang demikian itu ada tanda-tanda (kekuasaan Allah) bagi orang-orang yang beriman." (QS. Al An'aam, 6: 99)