L’aspetto e il comportamento di una sostanza sono determinati dal tipo di atomi di cui essa è composta e dal modo in cui questi sono disposti. Alcune proprietà sono comuni a tutti gli stati della materia, come la densità (la quantità di materia contenuta in un determinato spazio). Altre proprietà invece, esistono solo in certi stati della materia: l’elasticità, ad esempio, appartiene solo ai solidi.
Le molecole di gran parte dei solidi sono sistemate secondo schemi tridimensionali regolari e danno luogo a cristalli a forma di cubo, piramide o prisma. La struttura geometrica dei cristalli delle pietre preziose è evidente, mentre in gran parte dei solidi i cristalli possono essere visti solo al microscopio.
In alcuni solidi , come il vetro, le molecole non formano cristalli regolari. Privo di questi forti legami cristallini, il vetro solido si comporta in realtà come un lentissimo liquido: ecco perché un vecchio bicchiere può essere più spesso alla base.
Le molecole che si trovano sulla superficie di un liquido sono attratte verso il basso dalla molecole sottostanti, formando un’invisibile pellicola elastica. Questo effetto, detto tensione superficiale, permette a minuscoli insetti di camminare sull’acqua. A causa delle variazione della tensione superficiale di un liquido nel punto in cui tocca il suo contenitore, la superficie del liquido forma una curva, detta menisco. Poiché le molecole d’acqua sono più attratte dal contenitore che l’una all’altra, il menisco dell’acqua si curva verso l’alto; con il mercurio invece succede il contrario.
Le molecole di alcuni solidi sono disposte in filamenti in grado di scivolare facilmente gli uni sugli altri, permettendo al solido di essere allungato, compresso o piegato. Quando la forza che causa l’allungamento, la compressione o il piegamento viene a mancare, le forze presenti tra le molecole riportano il solido alla sua forma iniziale.
Le molecole dei gas possono essere compresse per adattarsi ad uno spazio più piccolo. Quando la pressione cala bruscamente, il gas si espande con forza. Ecco perché un gas, disciolto in un liquido sotto pressione, fa le bollicine o frizza quando il suo contenitore viene aperto.
Quando la materia viene scaldata, si espande perché le molecole si allontanano tra loro. Allo stesso modo, quando il gas di una mongolfiera viene riscaldato, si espande, gonfiando il pallone. La mongolfiera quindi sale perché l’aria all’interno del pallone è meno densa dell’aria circostante.