Cairan
Cairan adalah fluida tak termampatkan yang menyesuaikan dengan bentuk wadahnya tetapi mempertahankan volume yang (hampir) konstan tidak tergantung pada tekanan. Dengan demikian, ini adalah salah satu dari empat wujud dasar materi (yang lain adalah padat, gas, dan plasma), dan merupakan satu-satunya keadaan dengan volume yang pasti namun tidak memiliki bentuk yang tetap.
Cairan terdiri dari partikel materi dengan vibrasi halus, seperti atom, yang disatukan oleh gaya antarmolekul. Air, sejauh ini, adalah cairan yang paling umum di Bumi. Seperti gas, cairan bisa mengalir dan berbentuk seperi wadahnya. Sebagian besar cairan tak dapat dimapatkan, meski yang lain bisa dimapatkan. Tidak seperti gas, cairan tidak menyebar untuk mengisi setiap ruang
wadah, dan mempertahankan densitas dengan cukup konstan. Sifat khas dari wujud cairan adalah tegangan permukaan, yang mengarah pada fenomena pembasahan.
Densitas cairan biasanya mendekati padatan, dan jauh lebih tinggi daripada gas. Oleh karena itu, cair dan padat keduanya disebut benda terkondensasi. Di sisi lain, karena cairan dan gas berbagi kemampuan untuk mengalir, keduanya disebut fluida. Meskipun air berlimpah di Bumi, wujud materi ini sebenarnya adalah yang paling tidak umum di alam semesta yang
diketahui, karena keberadaan cairan memerlukan rentang suhu/tekanan yang relatif sempit. Materi yang paling dikenal di alam semesta ada dalam bentuk gas (dengan jejak materi padat yang dapat dideteksi) sebagai awan antarbintang atau dalam bentuk plasma di dalam bintang.
Cairan adalah satu dari empat wujud utama materi, bersama dengan padat, gas dan plasma. Cairan adalah fluida. Tidak seperti benda padat, molekul dalam cairan memiliki kebebasan bergerak yang jauh lebih besar. Kekuatan yang mengikat molekul bersama dalam padatan hanya bersifat sementara dalam cairan, memungkinkan cairan mengalir sementara padatan tetap kaku.
Cairan, seperti gas, menampilkan sifat fluida. Cairan dapat mengalir, bayangkan bentuk wadah, dan jika ditempatkan dalam wadah tertutup, akan mendistribusikan tekanan secara merata ke setiap permukaan wadah. Jika cairan diletakkan di dalam kantong, bisa ditekan ke dalam bentuk apapun. Tidak seperti gas, cairan hampir tidak dapat dimampatkan. Ia memiliki volume yang hampir konstan dalam rentang
tekanan yang lebar; ia tidak mengembang untuk memenuhi ruang kosong dalam suatu wadah tetapi membentuk permukaannya sendiri, dan tidak selalu mudah bercampur dengan cairan lainnya. Sifat ini membuat cairan cocok untuk aplikasi semacam hidrolik.
Partikel-partikel cairan terikat kokoh tetapi tidak kaku. Mereka mampu bergerak bebas, menghasilkan mobilitas partikel pada tingkat terbatas. Seiring dengan kenaikan suhu, vibrasi molekul meningkat menyebabkan jarak antar molekul bertambah. Ketika cairan mencapai titik didihnya, gaya kohesif yang menyatukan molekul menjadi terputus, dan cairan berubah menjadi gas (kecuali terjadi
pemanasan super). Jika suhu turun, jarak antar molekul menjadi semakin dekat. Ketika cairan mencapai titik bekunya, molekul biasanya saling mengunci ke dalam orde spesifik, yang disbut mengkristal, dan ikatan antar mereka menjadi lebih kaku, mengubah cairan menjadi wujud padatnya (kecuali terjadi pendinginan super).
Hanya ada dua unsur yang berwujud cairan pada suhu dan tekanan standar: raksa dan brom. Empat unsur lainnya memiliki titik leleh sedikit di atas suhu ruang: fransium, sesium, galium dan rubidium. Paduan logam yang berwujud cairan pada suhu ruang antara lain NaK, logam paduan natrium-kalium, galinstan, dan beberapa amalgam (logam paduan yang melibatkan raksa).
Zat murni yang berwujud cair pada kondisi normal meliputi air, etanol dan banyak pelarut organik lainnya. Air adalah cairan vital dalam kimia dan biologi; ia diyakini merupakan kebutuhan vital untuk keberlangsungan hidup.
Cairan sehari-hari yang penting termasuk larutan berair seperti pemutih rumah tangga, campuran lain dari berbagai zat seperti minyak mineral dan bensin, emulsi seperti vinaigrette atau mayones, suspensi seperti darah, dan koloid seperti cat dan susu.
Banyak gas dapat dicairkan dengan pendinginan, menghasilkan cairan seperti oksigen cair, nitrogen cair, hidrogen cair dan helium cair. Tidak semua gas dapat dicairkan pada tekanan atmosfir, misalnya karbon dioksida hanya dapat dicairkan pada tekanan di atas 5.1 atm.
Beberapa materi tidak dapat diklasifikasikan dalam tiga wujud materi klasik; mereka memiliki sifat seperti padat dan seperti cair. Contohnya termasuk kristal cair, yang digunakan pada layar LCD, dan membran biologis.
Cairan memiliki beragam kegunaan, sebagai pelumas, pelarut, dan pendingin. Dalam sistem hidrolik, cairan berfungsi sebagai penghantar daya.
Dalam tribologi, cairan dipelajari tentang sifat-sifatnya sebagai pelumas. Pelumas seperti minyak dipilih karena viskositas dan karakteristik alirannya yang cocok untuk seluruh rentang suhu pengoperasian komponen. Minyak sering digunakan dalam mesin, bak persneling, karya logam, dan sistem hidrolik karena sifat lubrikasinya yang baik.
Banyak cairan digunakan sebagai pelarut, untuk melarutkan padatan atau cairan lain. Larutan banyak digunakan untuk beragam aplikasi, termasuk cat, bahan segel (sealant), dan lem. Nafta dan aseton sering digunakan dalam industri untuk membersihkan minyak, gemuk, dan tar dari suku cadang dan mesin. Cairan tubuh adalah larutan berbasis air.
Surfaktan umum dijumpai dalam sabun dan deterjen. Pelarut seperti alkohol sering digunakan sebagai antimikroba. Mereka dijumpai dalam kosmetik, tinta, dan cairan pewarna laser. Mereka digunakan dalam industri pangan, untuk mengolah, misalnya ekstraksi, minyak sayur.
Cairan cenderung memiliki konduktivitas termal yang lebih baik daripada gas, dan kemampuannya untuk mengalir menjadikan cairan cocok untuk menghilangkan kelebihan panas dari komponen mesin. Panas dapat dihilangkan dengan mengalirkan cairan melalui penukar panas, seperti radiator, atau panas dapat dihilangkan saat cairan menguap. Pendingin air atau glikol digunakan untuk menjaga mesin agar tidak mengalami pemanasan
berlebih (overheating). Pendingin yang digunakan dalam reaktor nuklir termasuk air atau logam cair, seperti natrium atau bismut. Lapisan tipis propelan cair digunakan untuk mendinginkan ruang gaya dorong (thrust chamber) roket. Dalam permesinan, air dan minyak digunakan untuk menghilangkan kelebihan panas yang dihasilkan, yang bisa dengan cepat merusak bagian mesin dan perkakas. Selama perspirasi, keringat menghilangkan panas
dari tubuh manusia melalui penguapan. Dalam industri pemanasan, ventilasi, dan AC (HVAC), cairan, misalnya air, digunakan untuk memindahkan panas dari satu bagian ke bagian lain.
Cairan adalah komponen utama sistem hidrolik, yang memanfaatkan hukum Pascal untuk menghasilkan daya fluida. Piranti seperti pompa dan kincir air telah digunakan untuk mengubah gerak cairan menjadi kerja mekanis sejak zaman kuno. Minyak ditekan melalui pompa hidrolik, yang mengalirkan gaya ke tabung hidrolik. Hidrolik dapat dijumpai dalam banyak aplikasi, seperti rem dan transmisi kendaran, alat
berat, dan sistem pengendali pesawat terbang. Beragam pengempa hidraulik digunakan secara luas dalam perbaikan dan manufakturing, untuk mengangkat, mengempa, menjepit dan membentuk.
Cairan kadang-kadang digunakan dalam alat ukur. Termometer sering menggunakan ekspansi termal cairan, misalnya raksa, digabung dengan kemampuan mengalirnya untuk menunjukkan suhu. Manometer menggunakan berat cairan untuk mengukur tekanan udara.
Kuantitas cairan diukur dalam satuan volume. Ini meliputi satuan SI meter kubik (m3) beserta turunannya, terutama desimeter kubik, yang lebih umum disebut sebagai liter (1 dm3 = 1 L = 0.001m3), dan sentimeter kubik, yang juga disebut mililiter (1 cm3 = 1 mL = 0.001 L = 106 m3).