Kimia Anorganik Unsur dan Senyawa

Karbon Dioksida, Misteri Sebuah Senyawa

Fakta tentang karbon dioksida

Karbon dioksida atau CO₂, semua orang mengenal senyawa ini sebagai gas, tak berbau, tak berwarna, tak beracun dan berasal dari setiap mekanisme pembakaran maupun metabolisme. Gas Karbon dioksida pertama kali diamati keberadaannya oleh Van Helmont, tahun 1577. Secara statistik alamiah, gas ini tidak melimpah di muka bumi dan konstan persentasenya. Sejak lama orang tidak memberi perhatian terhadap sifat-sifat gas tersebut. Pemanfaatan gas CO₂ salah satunya adalah dapat diubah fasenya menjadi padat dan disebut “dry ice“, digunakan dalam industri pengawetan hingga industri film maupun sinetron (memberi efek kabut di film serem atau sinetron misteri).

Cerita dibalik si misterius CO₂

Lalu mengapa sekarang orang-orang terutama ilmuwan meributkan gas tak bersalah ini ??! Sebenarnya gas CO₂ memang tak bersalah, tapi kitalah yang membuat kesalahan. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi sering kali tidak sejalan dengan kehendak alam. Sejak dimulainya revolusi industri di Inggris hingga revolusi telekomunikasi jaman sekarang telah terjadi peningkatan persentase CO₂ di muka bumi akibat aktivitas produksi dan konsumsi. Mulailah dikenal istilah “Green House Effect“, yaitu meningkatnya kadar CO₂ di atmosfer menjadikan bumi tambah panas, memberikan efek “Global Warming” dan selanjutnya “Global Climate Change“. Lha, apa hubungan CO₂ dengan panas ?, Begini, Karena kebetulan sifat CO₂ yang menyerap energi panas dari radiasi sinar infra merah yang dipancarkan matahari, akibatnya makin terakumulasilah energi panas tersebut dimuka bumi bahkan bisa mencairkan es kutub lho ! Ditambah lagi penggunaan senyawa CFC (Chloro Fluoro Carbon) sebagai pelarut, material gas pendingin dalam refrigerator dan foaming agent dalam industri polimer ternyata malah “memakan” ozone yang melindungi bumi dari radiasi sinar ultra violet matahari yang berenergi tinggi. Ironisnya fakta lain tentang CFC menjadikan orang tetap menggunakan CFC, yaitu dia ternyata gas yang tidak terlalu berbahaya terhadap mahluk hidup, tidak mudah terbakar, dan punya sifat-sifat unik karena variasi kandungan atom klor dan fluornya. Tapi bumi sudah panas ditambah lagi bumi semakin terbuka terhadap pancaran energi tinggi UV yang mematikan, menjadikan kalangan terutama para ilmuwan kalang kabut mencari solusi agar bumi ini tetap menjadi tempat yang nyaman dihuni paling tidak sampai menjelang kiamat.

Sejelek-jeleknya CO₂, masih lebih jelek orang yang tidak perduli lingkungan dan hanya mengeruk keuntungan dengan menyiksa alam serta korupsi gila-gilaan. Yang paling menderita dari dampak di atas adalah penduduk bumi awam yang tidak mengerti apa-apa, padahal kita punya hak hidup yang sama. Nah, patutlah kita cukup berterima kasih kepada beberapa ilmuwan yang mencurahkan hidupnya bagi penyelamatan bumi ini. Akhirnya ditemukan fakta-fakta lain dari CO₂ yang kemungkinan bisa dimanfaatkan demi kebaikan.

Apa to kebaikan CO₂ ituh ?

Akhir-akhir ini mulai luas dikenal istilah “Green Chemistry” atau lebih menarik lagi “Green, Benign and Sustainable Chemistry“. Istilah itu sebenarnya adalah gerakan pembaharuan dalam dunia riset dipelopori oleh para ilmuwan setengah gila yang melawan arus aliran trend riset, karena pada awalnya riset lebih banyak berkutat pada eksploitasi sumber daya bumi daripada menyelamatkannya. Seiring dengan semakin ditekannya penggunaan material CFC sebagai pelarut, maka dicarilah alternatif pengganti yang memiliki sitaf-sifat serupa tapi lebih ramah terhadap lingkungan. Mulailah ilmuwan melirik manfaat lain dari CO₂ dari sekedar gas tak berdosa menjadi gas yang tak berdosa sekaligus bermanfaat yaitu sebagai pelarut superkritis. CO₂ sebagai fluida superkritis ??? Wah, buat kita-kita yang awam mungkin sulit membayangkan, nah akan diulas sedikit tentang sifat-sifatnya. CO₂ sebagai fluida superkritis sebenarnya adalah gas yang dinaikkan temperaturnya mencapai temperatur kritis (temperatur tertinggi yang dapat mengubah fase gas menjadi fase cair dengan cara menaikkan tekanan), dan memiliki tekanan kritis (tekanan tertinggi yang dapat mengubah fase cair menjadi fase gas dengan cara menaikkan temperatur) sehingga sifat-sifatnya berada di antara sifat gas dan cairan. Nah, bingung bukan ??! Biar lebih jelas silahkan lihat diagram supercritical fluids (SCF) ini.

Sebagai pelarut superkritis, CO₂, telah cukup banyak dimanfaatkan dibidang penelitian dan industri. Keuntungan lain adalah kita tidak perlu membuat CO₂ melainkan cukup menyaringnya dari udara sekitar kita. Walaupun teknologinya masih mahal, bukan berarti tidak bisa dimanfaatkan secara nyata. Dibidang isolasi dan pengolahan bahan alam, CO₂ superkritis dimanfaatkan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi maupun de-ekstraksi senyawa-senyawa aktif dari tumbuhan untuk pengobatan, atau senyawa-senyawa penting untuk industri makanan, misalnya ekstraksi minyak atsiri lemon, jahe, beta-carotene dari tumbuh-tumbuhan atau de-ekstraksi caffein pada kopi. Namun pengembangan lebih lanjut rupanya masih terhambat oleh miskinnya pengetahuan tentang sifat-sifat maupun fasa-fasa campuran CO₂ superkritis dengan bahan terlarut dan perilaku senyawa terlarut di dalamnya.

Dibidang pertambangan minyak bumi, bahkan penggunaan CO₂ yang dicairkan sangat besar. Fluida ini dialirkan ke dalam sumber-sumber minyak yang mulai menipis cadangannya untuk mengangkat cadangan minyak tersisa. Masalah utamanya adalah fluida ini kekentalannya rendah sehingga tidak mampu mengangkat minyak secara maksimum. Pengembangan aditif yang mampu meningkatkan kekentalan (viscosity) fluida CO₂ belum mampu bekerja optimum karena kelarutan aditif-aditif tersebut yang sulit diperkirakan.

Suatu perkembangan lebih menggembirakan dalam industri polimer kembali mengangkat kepopuleran CO₂. Dupont, sebuah perusahan terkemuka dalam inovasi industri kimia telah mampu memproduksi semacam busa atau dikenal ‘foamed thermoplastic’ yang populer disebut ‘fluoropolimer’ berkat ditemukannya polimer ‘perfluoroalkil akrilat’ oleh Desimone dan rekan tahun 1992. Fluoropolimer ini benar-benar larut dalam CO₂ setelah sebelumnya digunakan pelarut dan surfaktan berbasis fluor. Permasalahannya adalah pengembangan ‘foamed polymer’ yang benar-benar menggunakan CO₂ sebagai agen pembuih tidak terlalu berhasil. Walaupun Dow, suatu perusahaan terkemuka juga dibidang industri polimer, telah memproduksi polistiren berbasis keseluruhan CO₂ sebagai agen pengembang, namun muncul kesulitan teknis lain dalam polimer berbasis keseluruhan CO₂, misalnya pecahnya gelembung akibat cepatnya difusi CO₂ di dalam larutan polimer atau soal bagaimana membuat polimer yang memiliki daya hantar panas rendah.

Sesungguhnya masih banyak kegunaan yang bisa digali dari gas CO₂ sebagai material ramah lingkungan. Misalnya dalam industri pelapisan material menggunakan polimer yang dapat larut dalam CO atau pembuatan partikel koloid dalam industri farmasi menggunakan pelarut CO₂. Kenyataan bahwa gas CO, O₂ dan H₂ benar-benar dapat bercampur dan larut dalam CO₂ sebenarnya memberikan kemungkinan untuk melakukan reaksi karbonilasi, oksidasi maupun hidrogenasi dalam pelarut CO₂. Namun kendala dalam aplikasi teknologi-teknologi tersebut secara massal membuat kaum industriawan masih enggan untuk benar-benar beralih menggunakan CO₂.

Silanetion tidak tersubstitusi yang pertama berhasil diidentifikasi

Senyawa-senyawa yang berikatan rangkap silikon-sulfur (silanetion) merupakan golongan senyawa yang menarik. Senyawa ini dianggap terdapat di angkasa luar. Beberapa silanetion tersubstitusi, RR’Si=S, yang distabilkan oleh gugus alkil (R) sebelumnya telah disintesis dan strukturnya ditentukan dengan menggunakan kristalografi sinar-X. Tetapi silanetion yang tidak tersubstitusi (H₂Si=S) − analog golongan kedua dari formaldehida − belum pernah ditemukan sebelumnya. Peneliti di Jerman untuk pertama kalinya telah mengidentifikasi silanetion tidak-tersubstitusi ini.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Sven Thorwirth di Max Planck Institute for Radioastronomy, Bonn, mampu mengkarakterisasi molekul yang sulit dipahami ini dengan menggunakan spektroskopi mikrowave. "Di alam semesta, silikon dan sulfur merupakan unsur yang sangat melimpah," kata Thorwirth. Silanetion tidak tersubstitusi ini merupakan "sebuah molekul luar angkasa yang tidak diragukan keberadaannya" yang bisa terdapat dalam kulit debu yang mengelilingi bintang-bintang sekarat (dying stars), paparnya.

Thorwirth menggunakan spektroskopi mikrowave − yang mengukur perbedaan antara radiasi elektromagnetik yang diserap oleh sebuah molekul dan yang diemisikan − untuk mencari molekul tersebut. Perbedaan radiasi terkait dengan rotasi molekul ini, dan digunakan untuk mengidentifikasi spesies-spesies molekuler dan isotop-isotop. Tim ini kemudian mengolah hasil eksperimental mereka dengan perhitungan-perhitungan kimia kuantum tingkat tinggi. Dengan menjelaskan signifikansi penelitian ini, Thorwirth mengatakan bahwa "data ini menjadi basis laboratorium yang diperlukan untuk pencarian-pencarian radio-astronomi di masa mendatang untuk molekul ini di angkasa."

Penelitian ini disambut baik oleh Paul Davies, seorang anggota dari kelompok spektroskopi laser infra-merah di Universitas Cambridge, Inggris, yang mengatakan bahwa kombinasi antara spektroskopi dan perhitungan tingkat tinggi ini "seharusnya dapat diterapkan untuk mengungkap spektra dari molekul-molekul yang sangat rumit, sehingga memungkinkan realisasi potensi penuh dari spektroskopi mikrowave.

Penangkapan Hidroksimetilena dalam Matriks Argon Padat

Dalam sebuah perkembangan fundamental yang penting, pemburu molekul telah menambahkan satu lagi ke dalam daftar molekul yang telah berhasil diisolasi diantara sekian banyak koleksi senyawa efemeral yang telah ada. Untuk pertama kalinya, para kimiawan telah berhasil untuk menangkap dan mempelajari singlet karbena hidroksimetilen yang ‘licin’. (Nature 2008, 453, 906).

Perburuan terhadap hidroksimetilen, atau HCOH, telah menjadi perburuan yang membingungkan. Studi teoritis mengindikasikan bahwa molekul ini cukup stabil untuk diisolasi, namun hingga kini semua usaha untuk menangkap karbena mengalami kegagalan.

Untuk menyingkirkan karbena yang lain, para peneliti yang dikepalai oleh Peter R. Schreiner dari Justus Liebig University, Jerman dan Wesley D. Allen dari Univeristy of Georgia, pertama-tama memanaskan asam glioksalat dalam kondisi vakum tinggi. Didalam kondisiini, asam glioksalat mengeliminasi CO2 untuk menghasilkan HCOH, dimana para kimiawan kemudian memerangkapnya dalam sebuah matriks argon padat pada temperatur 11 K.

Hidroksimetilen tidak berada dalam fasa yang mampu diisolasi dalam waktu yang lama. karben akan mengatur dirinya sendiri untuk menjadi formaldehida dengan waktu paruh selama dua jam. Manuver ini mengejutkan para peneliti karena pada suhu 11 K tidak ada energi termal yang cukup untuk HCOH mengatasi rintangan tinggi dari reaksi pengaturan kembali. Pada akhirnya, tim ini menyimpulkan bahwa hidrogen hidroksil memotong rintangan ini melalui pembuatan terowongan kuantum.

Dalam sebuah wawancara yang menertai laporan penelitian ini, Markku Rasanen dari University of Helsinki, Finlandia mencatat bahwa penemuan ini ‘akan mampu memberikan sinar baru terhadap sisi kimia dari senyawa-senyawa yang menarik ini, dan bahkan mampu menunjukkan jalan menuju penemuan reaksi-reaksi baru’.

Melakukan Reaksi Anorganik Ionik Pada Media CO₂ Superkritis

Ketika karbon dioksida dipanaskan diatas temperatur kritisnya (31^oC), pada tekanan yang lebih besar dari 72,8 atm, CO₂ akan membentuk cairan superkritis. Cairan superkritis ini memiliki sifat-sifat baik dari larutan maupun gas. CO₂ superkritis dapat digunakan sebagai pelarut dan seiring dengan waktu, kepopulerannya sebagai pelarut makin dikenal karena sifatnya yang aman, ramah lingkungan, dan murah dibandingkan dengan beberapa pelarut organik yang kini umum digunakan di dunia industri ⁽¹⁾. Sebagai contoh, CO₂ superkritis kini digunakan untuk melarutkan kafein dalam bijih kopi untuk menghasilkan kopi dengan kafein rendah (decaff coffee). Teknik lama untuk mendekafeinasi bijih kopi antara lain menggunakan berbagai pelarut organik seperti metilen klorida atau klorofom yang memiliki tingkat toksisitas tertentu. Keuntungan dari penggunaan CO₂ superkritis ialah segi pembuangan yang relatif murah dan efek lingkungan yang relatif ramah, walaupun dari segi instrumentasi jauh lebih mahal. Selain itu, dalam aplikasi praktis, beberapa masalah kondisi kerja dengan suhu diatas suhu kritis relatif sedikit karena larutan CO₂ memiliki suhu dan tekanan kritis yang lebih rendah dibandingkan dengan CO₂ murni.

Satu masalah dengan penggunaan CO₂ superkritis sebagai pelarut adalah ketidakmampuannya untuk melarutkan senyawa polar, seperti air dan senyawa ionik. Masalah ini dipecahkan dengan perancangan sebuah surfaktan, amonium karboksilat perfloro polieter (PFPE), dengan rumus umum :

F₃C-[OCF₂CF(CF₃))n(OCF₂)m]OCF₂COO-NH₄⁺

dimana n=~2 dan m=~3. Surfaktan ini adalah sebuah padatan mengkilat dengan massa molekul relatif rata-rata nya adalah 740. Surfaktan ini mampu mendispersikan air menjadi tetesan kecil dalam CO₂ cair ^(2,3). Dalam CO₂ superkritis, PFPE berperilaku menyerupai sabun dalam air, namun misel yang terbentuk berkebalikan dengan misel yang terbentuk oleh sabun dan air. Misel sabun dan air memiliki permukaan hidrofilik dan inti hidrofobik. Dalam misel PFPE dengan air, permukaan yang dibentuk adalah hidrofobik dan intinya adalah hidrofilik. Dengan PFPE, ujung hidrofilik (COO^-) dari molekul membentuk sfera (sphere) yang mengelilingi air, dan ekor hidrofobik (perfloroeter) melarut dalam CO₂ superkritis, seperti gambar dibawah.

©1997 American Chemical Society

Representasi skematik diatas menggambarkan lingkungan air dalam misel terbalik atau mikroemulsi. Mikroemulsi ini menunjukkan kemungkinan lingkungan dimana air dapat ditemukan. Air terikat atau air interfasial (Type 1) diasosiasikan dekat dengan gugus kepala ionik (direpresentasikan dengan lingkaran putih) dari molekul surfaktan PFPE. Air ruah (bulk) (Type 2) terletak di dalam inti membentuk tetes air. Lingkungan ketiga adalah lingkungan bebas air dimana ini melarut dalam ‘minyak’ atau fasa CO₂ superkritis dan tidak diasosiasikan dengan lingkungan mikroemulsi.

Dalam CO₂ superkritis, interaksi ini menstabilkan air yang tak hingga, dimana ini disebut mikroemulsi. Air dalam mikroemulsi memiliki sifat yang sama dengan air ruah, dan melarutkan senyawa polar dan ionik. Sebagai contoh, kalium permanganat (KMnO₄) tidak larut dalam CO₂ superkritik biasa, namun ia akan larut dengan adanya mikroemulsi air. Selain itu, larutan KMnO₄ ini memiliki karakteristik warna ungu dari ion permanganat dan spektrum UV-visible memiliki kesamaan dengan KMnO₄ dalam air ruah ^(2,3). Pengukuran dengan sistem elektroda pH biasa menunjukkan bahwa air di dalam mikroemulsi bersifat asam, dengan pH 3. Ini diakibatkan pembentukan asam karbonat oleh karbon dioksida dan air. Ini berarti bahwa semua reaksi dalam medium ini akan berada dalam kondisi asam, sebuah faktor yang harus diperhitungkan ketika menjelaskan studi kinetik atau kemungkinan mekanisme reaksi.

Kehadiran dari mikroemulsi memungkinkan reaksi-reaksi tertentu terjadi, dimana pada kondisi CO₂ superkritik biasa tidak akan terjadi. Sebagai contoh, natrium nitroprusida (Na₂[Fe(CN)₅(NO)] .2H₂O) larut dalam air, namun tidak larut dalam CO₂ superkritis. Hidrogen sulfida (H₂S) larut baik dalam CO2 superkritis biasa namun tidak begitu larut dalam air. Karena natrium nitroprusida tidak larut dalam CO₂ superkritis maka tidak akan ada reaksi yang tterjadi anatara kedua senyawa ini dalam CO₂ superkritis biasa. Ketika kedua senyawa ini dilarutkan dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi, reaksi berikut akan terjadi yang diiringi dengan perubahan warna merah menjadi kuning :

[Fe(CN)₅(NO)]₂^- + HS^- -> [Fe(CN)₅N(O)SH]₃^-

Situasi yang sama muncul pula dengan kalium dikromat (K₂Cr₂O₇) dan sulfur dioksida (SO₂). Karakteristik kelarutan kedua senyawa ini sendiri menyerupai contoh sebelumnya secara berturutan. Ketika kedua senyawa ini diarutkan dilarutkan dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi, kalium dikromat akan dirubah menjadi kromium (III) sulfat [Cr₂(SO₄)₃] ⁽²⁾. Reaksi ini tidak terjadi dalam CO₂ superkritis biasa, karena spesi-spesi ionik yang terlibat tidak larut dalam medium ini.

Kemungkinan untuk melarutkan senyawa ionik anorganik dalam CO₂ superkritis dengan mikroemulsi membuka beberapa kemungkinan untuk melakukan tipe-tipe reaksi baru dalam medium ini. Karena banyak gas seperti O₂, CO, Cl₂, SO₂ lebih larut dalam CO₂ superkritis dibandingkan media larutan biasa maka reaksi yang homogen dan efisien dapat dilakukan antara gas dan spesi ionik. Karena ini dan berbagai kemungkinan baru, maka popularitas CO₂ superkritis sebagai medium pelarut diprediksikan akan semakin meningkat ⁽⁴⁾.

Daftar Pustaka

1. “Supercritical Carbon Dioxide: Uses as an Industrial Solvent”, a fact sheet put out by the Institute for Local Self-Reliance.
2. M. J. Clarke, L. Kristi, K. P. Harrison, S. M. Howdle, 1997, Water in supercritical carbon dioxide microemulsions: Spectroscopic investigation of a new environment for aqueous inorganic chemistry, Journal of the American Chemical Society, 119: 6399.
3. M. Roubi, 1997, Colorful inorganic chemistry coaxed into supercritical CO₂, Chemical and Engineering News, Issue of August 11, 40.
4. “New Role for Supercritical Carbon Dioxide” on the page maintained by Chemistry and Industry News (URL asli: http://ci.mond.org/9603/960307.html, namun sudah tidak ada

Kompleks Mg(I) yang Pertama Berhasil Dibuat

Beberapa kimiawan telah berhasil membuat senyawa-senyawa magnesium(I) yang stabil untuk pertama kalinya - sebuah terobosan untuk sebuah logam yang sifat-sifat kimianya, begitu juga logam-logam golongan 2 lainnya seperti beryllium dan kalsium, dikendalikan oleh bilangan oksidasi +2. Dua kompleks baru, yang ciri khasnya adalah dua ion magnesium(I) yang terikat pada sebuah pusat Mg₂²⁺, berhasil dibuat untuk pertama kalinya oleh Cameron Jones, Andreas Stasch dan rekan-rekannya di Universitas Monash, Australia.

Jones dan Stasch membuat kompleks yang pertama dengan mengikatkan ligan-ligan berbasis-guanidin yang besar ke magnesium. Ligan-ligan ini sebelumnya dibuat oleh kelompok peneliti ini juga. Dari sebuah prekursor dimana dua ion magnesium(II), dengan ligan besar yang terikat padanya, yang dipisahkan oleh dua jembatan atom iodin, mereka menambahkan logam kalium pereduksi dalam jumlah berlebih untuk membuat senyawa target.

“Cukup mengejutkan bagi kami bahwa kami dapat membuat kompleks ini hanya dengan reduksi sederhana,” ungkap Jones kepada Chemistry World. “Biasanya jika digunakan kalium untuk mereduksi, maka reduksi yang terjadi akan berlebihan (sampai menjadi logam magnesium). Jika kita menghentikan reaksi setelah 24 jam, maka akan diperoleh senyawa yang diinginkan”. Tim peneliti ini selanjutnya menggunakan kondisi-kondisi yang sama untuk membuat kompleks kedua dengan menggunakan ligan tipe diketiminat “Nacnac” yang telah banyak diteliti.

Robert Mulvey, kepala kimia anorganik di Universitas Strathclyde, UK, sangat terkesan dengan hasil penelitian ini. “Fakta bahwa metode sintetik yang digunakan, reduksi dari sebuah pereaksi Grignard dengan unsur kalium, sangat sederhana untuk bisa menghasilkan temuan baru,” ungkap Mulvey kepada Chemistry World. Hasil ini adalah sebuah hasil sensasional yang tidak diragukan lagi akan meningkatkan aktivitas penelitian di bidang kimia Mg(I).”

Untuk menguatkan bahwa mereka benar-benar berhasil membuat sebuah kompleks magnesium(I), Jones pertama-tama harus membuktikan bahwa mereka tidak sekadar mengganti jembatan iodin dengan atom hidrogen - sebab jika ini terjadi, itu berarti atom-atom magnesium tetap berada pada bilangan oksidasi +2.

“Bukti terakhir yang akan ditunjukkan adalah kompleks yang dijembatani oleh hidrogen, tetapi kami belum mampu melakukannya. Jadi kami menggunakan kristalografi, kimia teori, dan spektroskopi untuk membuktikan bahwa yang terdapat pada kompleks benar-benar adalah magnesium(I). Dan kami juga telah menunjukkan bahwa kompleks-kompleks ini bertindak sebagai agen pereduksi untuk berbagai substrat tak jenuh, yang juga akan kami publikasikan.”

Jones mengatakan dia sekarang ingin membuat kompleks-kompleks dari unsur tetangga magnesium di Golongan 2, yakni beryllium dan kalsium, pada bilangan oksidasi +1. “Kami juga sedang melirik kompleks-kompleks dengan tiga atau lebih magnesium yang terikat bersama,” ungkap Jones.

Air Oksida

Hidrogen peroksida (H₂O₂) dalam larutan encer sudah tidak asing lagi dikenal sebagai salah satu penghuni lemari obat, tetapi ada sebuah molekul yang rumit, air oksida atau oxywater, yang mempunyai rumus molekul yang sama dengan hidrogen peroksida. Perbedaan air oksida dan hidrogen peroksida terletak hanya pada posisi dari sebuah protonnya:

Para ahli teori beberapa waktu belakangan ini yakin bahwa air oksida dapat diamati. Namun jangan berharap dulu seseorang akan datang dan memberikan sebotol air oksida kepada Anda. Diperkirakan air oksida lebih tidak stabil dibanding dengan hidrogen peroksida; perbedaan ketidakstabilannya sangat besar yaitu 47 kcal mol-1 (144 kJ mol-1) di dalam fase gas. Ini berarti tetapan kesetimbangan untuk perubahan hidrogen peroksida menjadi air oksida sangat kecil yaitu hanya 10^-35. Selain itu, laju perubahan air oksida menjadi hidrogen peroksida diperkirakan sangat besar.

Karena ketidakstabilan air oksida, para ahli kimia harus mencari jalan dengan metode tidak langsung untuk mendeteksinya. Detlef Schroder dan rekan kerjanya di Technical University of Berlin, dengan menggunakan mass spectrometry, sudah mendapatkan bukti keberadaan air oksida yang sangat singkat.

Di samping perhatian secara umum pada molekulnya yang rumit, beberapa dorongan untuk menyelidiki air oksida muncul akibat kemungkinan peran air oksida sebagai perantara di dalam pergerakan oksigen baik secara biologis maupun abiologis dari hidrogen peroksida. Kebanyakan penelitian secara teori tentang air oksida, dan juga penelitian secara eksperimen oleh Schroeder di atas, meneliti air oksida dalam fase gas. Namun, air oksida di dalam bentuk larutan kemungkinan jauh lebih stabil relatif terhadap hidrogen peroksida. Kestabilan ini meningkatkan kemungkinan terlibatnya air oksida dalam proses kimia di dalam larutan.

Berilium: Kawan atau Lawan?

Berilium banyak digunakan dalam teknologi-teknologi yang ada sekarang ini, mulai dari mobil dan komputer sampai alat prostetik gigi. Popularitas berilium terkait dengan sifat-sifatnya yang unik antara lain ringan, enam kali lebih keras dari baja, memiliki titik leleh tinggi (1285C) dan kapasitas penyerapan panas, dan tidak bersifat magnetik serta tahan korosi. Berilium juga digunakan untuk tenaga nuklir dan aplikasi senjata. Pada tahun 2000 Amerika Serikat menggunakan 390 ton berilium, dengan total biaya yang diperkirakan $140 juta.

Akan tetapi, logam ini memiliki efek kesehatan negatif: pada individu yang rentan, keterpaparan terhadap berilium menyebabkan sebuah penyakit paru-paru yang disebut penyakit berilium kronis (CBD) - sebuah kondisi yang melemahkan, tidak dapat disembuhkan, dan sering fatal. Dengan meluasnya penggunaan berilium, efek negatif ini sangat memerlukan pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat kimia berilium pada kondisi-kondisi biologis dan bagaimana hal ini menyebabkan penyakit dan penyembuhannya serta terapi yang potensial.

Sebuah antigen berilium (tengah) terikat ke molekul HLA pada sebuah sel penampak antigen dan dibawa ke sel T, sehingga memicu respon kekebalan

Diduga bahwa respon kekebalan terhadap berilium terpicu ketika unsur yang dihirup tanpa sadar dideteksi oleh sel-sel penampak antigen (APC, lihat gambar). Spesies berilium yang tidak diketahui berfungsi sebagai antigen yang terikat ke molekul HLA (antigen leukosit manusia) pada permukaan APC. Antigen berilium selanjutnya dibawa ke sel T (sel darah putih dengan peranan utama dalam respon kekebalan). Penelitian sekitar 6 tahun yang lalu di Los Alamos menghasilkan gambaran yang lengkap dari spesiasi berilium pada kondisi-kondisi biologis, termasuk interaksinya dengan protein dan konsekuensi imunologi yang ditimbulkan.

Melalui penelitian beberapa kompleks molekul kecil dari berilium, ditemukan bahwa berilium memiliki kecenderungan tinggi untuk menggantikan atom-atom hidrogen pada ikatan hidrogen yang kuat. Ikatan-ikatan ini, yang sering terbentuk antara asam-asam amino yang mengandung gugus karboksilat dan alkohol, membantu memberikan kerangka-dasar yang mendukung struktur dan fungsi protein. Dengan memperluas model ini ke sistem biologis yang nyata, terlihat bahwa berilium menggantikan keseluruhan atom ikatan hidrogen kuat (12 atom) pada transferrin, sebuah protein transport zat besi yang ditemukan dalam plasma darah. Ini merupakan sebuah jalur potensial bagi berilium untuk memasuki sel dengan reseptor-reseptor transferrin. Penelitian-penelitian ini membuka paradigma baru untuk pengikatan berilium dalam sistem biologis yang sebenarnya.

Terkait dengan kecenderungannya untuk menggantikan atom-atom dalam ikatan hidrogen, berilium diketahui membentuk kelompok-kelompok polimetalik dengan gugus-gugus karboksilat. Sehingga telah diduga bahwa berilium juga akan membentuk kelompok-kelompok pada protein yang memiliki banyak residu karboksilat di sekitarnya. Sebuah temuan yang menarik adalah bahwa molekul HLA dari pasien CBD mengandung jumlah residu karboksilat yang lebih besar dibanding molekul HLA dari orang yang tidak menderita CBD. Dan penelitian dengan NMR ⁹Be menunjukkan kelompok atom berilium yang dijembatani karboksilat itu sebagai sebuah gambaran struktural menyeluruh dari antigen (lihat gambar).

Penelitian dengan menggunakan microarray telah memberikan wawasan lain tentang mekanisme-mekanisme yang mengatur respon kekebalan berilium. Gen-gen perlekatan sel dan chemokin (protein-protein kecil yang memediasi migrasi sel) diregulasi dengan baik dalam sel-sel yang diperlakukan dengan berilium. Ini menunjukkan sebuah mekanisme yang melibatkan gradien-gradien chemokin untuk menarik sel-sel imun ke tempat inflamasi. Disamping itu, sel-sel imun yang diperlakukan dengan berilium menunjukkan pensinyalan intraseluler yang berubah dan pelepasan sitokin ketika merespon terhadap lipopolisakarida - sebuah toksin yang ditemukan dalam membran sel terluar bakteri. Ini menunjukkan bahwa keterpaparan lebih dulu terhadap berilium bisa merubah respon kekebalan host terhadap infeksi bakteri selanjutnya. Implikasi bahwa molekul-molekul perlekatan sel dan chemokin terkait dengan CBD berpotensi memberikan kemungkinan untuk menggunakan molekul-molekul yang merusak regulasi molekul-molekul imun ini untuk menghambat perkembangan gejala-gejala penyakit.

Sebuah pendekatan multidisiplin yang berbasis molekuler untuk meneliti CBD telah berhasil mengidentifikasi spesies-spesies berilium yang relevan, interaksinya dengan protein dan peranan potensialnya dalam penyakit. Ini tidak hanya bisa mengarah pada penyembuhan dan terapi yang potensial untuk CBD, tetapi juga memberikan wawasan tentang mekanisme-mekanisme logam lain dan penyakit-penyakit autoimun.