1) SOLIDO. Un'antica definizione diceva che il solido ha volume e forma propria. Questa definizione ha almeno due limiti: occorre definire temperatura e pressione e trascurare la naturale evaporazione che riguarda tutta la materia. Un'altra diffusa ipotesi è che gli atomi componenti i solidi siano fermi, mentre nei liquidi e negli aeriformi essi sono in moto. Anche questo non è esatto, poiché gli atomi sono fermi solo alla temperatura dello zero assoluto(1).
In definitiva la distinzione fra gli stati della materia dipende soltanto dall'entità della forza che lega gli atomi (o le molecole) fra loro. Tutti gli atomi (salvo gli ioni) sono elettricamente neutri, cioè hanno tante cariche positive quante negative. Ma le cariche non sono "mescolate" fra loro: quelle positive (protoni) si trovano nel nucleo, quelle negative (elettroni) si trovano in periferia. Ne segue che tutti gli atomi si presentano verso il loro "esterno" come sorgenti di campi elettrici negativi e quindi si respingono(2). Se ci fosse solo la forza elettrica non dovrebbero esistere associazioni di atomi. Poiché esse esistono devono esserci forze di attrazione fra atomi e molecole. La materia allora si presenta nelle diverse forme a seconda del valore delle forze di attrazione e di repulsione(3).
Il nostro universo è permeato di energia la quale agisce direttamente sullo "stato" degli elettroni, i quali si muovono con continuità da un'orbita all'altra, espandendo o riducendo il campo elettrico dell'atomo al quale appartengono. Da qui nasce il continuo moto alterno degli atomi in uno spazio più o meno ampio. Se poi tale moto è di sufficiente energia, ecco che alcuni atomi si allontanano e si perdono (a destra nella figura), facendo diminuire la massa totale(4).
In modo sommario: un fotone incidente "colpisce" un elettrone, il quale si sposta verso l'esterno facendo crescere il raggio d'azione dell'atomo interessato (l'atomo "ingrassa" per effetto dell'energia ricevuta: sfera rossa nella figura a sinistra); la forza di repulsione (freccia blu) può diventare così grande che esso si libera, andando a far parte del velo di vapore che circonda ogni cosa. Non sempre gli atomi "eccitati" sono in grado di liberarsi dal resto della massa, anzi l'eccitazione ha una brevissima esistenza: subito dopo il fotone viene riemesso(5) verso un altro atomo il quale "ingrassa", mentre l'altro "dimagrisce" tornando allo stato precedente. Insomma, fra gli atomi si instaura una sorta di "equilibrio dinamico" dettato da aumenti e diminuzioni alternati di distanza reciproca.

I CRISTALLI. Gli atomi possono trovarsi in una qualunque posizione reciproca (solidi amorfi cioè in greco "senza forma"), oppure essere riuniti in gruppi ordinati secondo figure geometriche regolari. In questo caso si parla di solidi cristallini. Sono infiniti i solidi cristallini; in particolare lo sono i metalli, come il ferro che è l'oggetto del nostro esperimento, il quale cristallizza in due forme (fig.A): 1) cubica a corpo centrato e 2) cubica a facce centrate. Naturalmente le linee di congiunzione non esistono, sono soltanto di comodo per riconoscere le forme. Se il materiale è puro, tutti gli atomi sono uguali; se si tratta di un composto chimico o di una lega gli atomi sono di diversa natura ma ordinatamente distribuiti dentro la cella cristallina.

E' interessante notare di quanti atomi si compone ciascuna cella cristallina; nella forma 1) sono presenti 8 atomi nei vertici e 6 nelle facce: si potrebbe dire a prima vista che la cella si compone di 14 atomi, ma non è così. Infatti: gli 8 atomi dei vertici appartengono a 8 celle contemporaneamente(6), e quindi complessivamente sono 1 atomo; i 6 atomi delle facce appartengono a 2 celle contemporaneamente e quindi complessivamente sono 3 atomi. In totale la cella cubica facce centrate è costituita di 4 atomi: per essere più precisi la massa di una cella è la massa di 4 atomi. Nel caso 2) la cella è costituita di 2 atomi (uno al centro e uno complessivamente dagli 8 vertici).
La dimensione della cella è diversa da materiale a materiale. E' possibile fare in modo che nella cella penetrino(7) atomi estranei, i quali la distorcono.

2) LIQUIDO. 3) AERIFORME. 4) PLASMA.

(1) Gli atomi sono fermi, non gli elettroni. Questi, non possono e non devono fermarsi, altrimenti cadrebbero nel nucleo e la materia, come la conosciamo, non esisterebbe più. Allo zero assoluto gli elettroni si trovano tutti nelle orbite di minima energia, compatibilmente con il loro eterno moto. Gli atomi invece cessano di vibrare intorno ad una posizione media (per le dimensioni degli atomi vedi il paragrafo "Energia solare" nel capitolo Elementi di meccanica celeste e astrofisica).
(2) Dette q₁ e q₂ due cariche elettriche e r la loro distanza, fra le cariche si esercita una forza di attrazione o di repulsione data dalla legge di Coulomb:

F = k q₁ q₂ / r²

dalla quale si ricava che, al diminuire di r, la forza F cresce all'infinito.
(3) Ci sono naturalmente altre forze (ad esempio l'attrazione gravitazionale) che condizionano l'esistenza della materia come la conosciamo. La situazione può essere descritta in questo modo: le forze di attrazione e di repulsione sono sempre uguali fra loro (altrimenti non ci sarebbe stato di equilibrio) ma possono avere valori grandi o piccoli. Per esempio si può dire: se le forze valgono 10.000 lo stato è solido; se le forze valgono 100 lo stato è liquido; se le forze valgono 0 (o poco più) lo stato è aeriforme.
(4) In questo momento non si tiene conto dei fenomeni che consentono la trasformazione di massa in energia.
(5) Affinché più atomi si liberino contemporaneamente, o addirittura tutti, occorre fornire energia con continuità e densità opportuna.
(6) Vedi figura B, nella quale sono rappresentate con colori diversi 4 celle con un vertice in comune; per chiudere l'atomo ci sono altre 4 celle dalla parte verso l'osservatore.
(7) E' una pratica metallurgica che prende il nome di trattamento termico di carburazione o nitrurazione, ecc. che rendono il materiale (in generale) più duro e più fragile. Anche nell'elettronica si usa una tecnica, detta drogaggio, che consiste nel far penetrare nelle celle di silicio, atomi, per esempio di arsenico, che sconvolgono l'equilibrio elettrico iniziale.