Лід (сніг, іній) і вода — це різні агрегатні стани води: твердий і рідкий. Поява інею на деревах пояснюється просто: у повітрі завжди є водяна пара, яка, кристалізуючись, конденсується й осідає у вигляді інею. Водяна пара — це третій агрегатний стан води — газоподібний.
Небезпечно розбиватии термометр із ртуттю — густою рідиною сріблястого кольору; ртуть, випаровуючись, утворює дуже отруйну пару. А от за температури, нижчої від -39 °С, ртуть являє собою твердий метал. Таким чином, ртуть, як і вода, може перебувати у твердому, рідкому та газоподібному станах.
Практично будь-яка речовина залежно від фізичних умов може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному.
Існує ще один агрегатний стан речовини — плазма — частково або повністю йонізований газ, тобто газ, який складається із заряджених частинок (йонів і електронів) та нейтральних атомів і молекул. Наприклад, ртуть перебуває в плазмовому стані в увімкнених ртутних лампах (так звані лампи денного світла). У Всесвіті плазма є найпоширенішим станом речовини.
Водяна пара, вода, лід утворені однаковими молекулами — молекулами води. Чому ж різняться фізичні властивості речовин, які утворені однаковими молекулами, але перебувають у різних агрегатних станах? Причина відмінностей полягає в тому, що молекули по-різному рухаються та взаємодіють.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Агрегатний стан - вода)
Тверді тіла різняться кольором, формою тощо, вони складаються з різних речовин. Разом із тим вони мають спільні фізичні властивості, притаманні всім твердим тілам.
У ході вивчення будови твердих тіл з’ясовано, що частинки більшості речовин у твердому стані розташовані в чітко визначеному порядку, тобто, як кажуть фізики, утворюють кристалічні ґратки. Такі речовини називають кристалічними. Прикладами кристалічних речовин можуть бути алмаз, графіт, лід, сіль, метали тощо.
Порядок розташування частинок у кристалічній ґратці речовини визначає фізичні властивості речовини. Так, алмаз і графіт складаються з тих самих атомів вуглецю, однак ці речовини дуже різняться, оскільки атоми в них розташовані по-різному.
Існує група твердих речовин (скло, віск, смола, бурштин тощо), частинки яких не утворюють кристалічні ґратки і в цілому розташовані безладно. Такі речовини називають аморфними.
За певних умов тверді тіла плавляться, тобто переходять у рідкий стан. Кожна кристалічна речовина плавиться за певної температури. На відміну від кристалічних, аморфні речовини не мають певної температури плавлення — вони переходять у рідкий стан, поступово розм’якшуючись.
Рідина змінює форму, набуваючи форми тієї посудини, в якій міститься, зберігає об’єм і є практично нестисливою.
Як і в твердих тілах, частинки в рідинах розташовані впритул одна до одної: середня відстань між ними приблизно дорівнює розмірам самих частинок. Таке щільне упакування частинок спричиняє не тільки збереження об’єму рідини, але й те, що рідину майже неможливо стиснути.
Кожна частинка рідини протягом певного часу (порядку 10-11 с) здійснює рух, подібний до коливального, не віддаляючись при цьому від своїх «сусідів»; потім вона виривається зі свого оточення та, перескочивши в інше місце, потрапляє в нове оточення, де знову деякий час коливається біля свого нового положення рівноваги. Перескакування (переходи) молекул з одного рівноважного стану в інший відбуваються здебільшого в напрямку зовнішньої сили, тому рідина є плинною — під дією зовнішніх сил вона набуває форми тієї посудини, в якій міститься.
Неньютонівські рідини змінюють свою в’язкість залежно від сили механічного впливу або швидкості деформації.
Найпопулярнішим прикладом такої речовини є суміш крохмалю та води, яку часто називають «ооблек».
Дилатантні неньютонівські рідини (збільшення в'язкості) стають твердішими при сильному впливі (крохмаль із водою, хиткі́ піски, слайми)
Ці дивовижні матеріали можуть миттєво ставати твердими при різкому ударі, що дозволяє використовувати їх у створенні сучасних засобів захисту. Вивчення таких фізичних властивостей допомагає вченим розробляти інноваційне спортивне спорядження та нові системи безпеки.
Псевдопластичні неньютонівські рідини (зменшення в'язкості) стають рідшими при перемішуванні (кетчуп, фарба, кров, мед).
Для газоподібного стану речовини характерний повний безлад у взаємному розташуванні та русі частинок.
Щоб зрозуміти, як рухаються молекули та атоми газу, уявімо рух однієї частинки. Ось вона рухається в якомусь напрямку, зіштовхується з іншою частинкою, змінює напрямок і швидкість свого руху й летить далі, до наступного удару. Чим більшою є кількість частинок у певному об’ємі, тим частіше вони зіштовхуються. Наприклад, кожна частинка, що входить до складу повітря в класній кімнаті, зіштовхується з іншими та змінює швидкість свого руху кілька мільярдів разів за секунду.
Префікс нано- (у перекладі з грецької «гном, карлик») використовується для запису частинних одиниць СІ й означає «одна мільярдна». Відповідно об’єкти, хоча б один із лінійних розмірів яких не пребільшує 100 нанометрів (100 нм), називають нанооб'ектами. Отже, наноматеріали — це матеріали, які штучно створені з використанням нанооб’єктів і призначені для виготовлення різноманітних виробів.
Властивості наноматеріалів дуже відрізняються від властивостей звичайних речовин (навіть якщо й ті, й інші складаються з атомів однакового виду), тому їх можна розглядати як особливий стан речовини.
Важливою особливістю нанооб’єктів є відсутність дефектів, тому, наприклад, нанотрубки у десятки разів міцніші за сталь і приблизно в чотири рази легші за неї. Якби вдалося зробити такі трубки досить довгими й виготовити з них кабель, то отриманий кабель проводив би електричний струм у сотні разів краще за мідний.
Зараз нанонаука дуже швидко розвивається. На думку багатьох експертів, XXI ст. буде століттям нанотехнологій.