L'eau peut exister sous trois états (ou trois phases):

• Phase solide: Les particules d'un solide sont fortement liées les unes aux autres. Les cubes de glace possèdent leur forme propre indépendante du récipient qui les contient.
• Phase liquide: Les particules ne sont plus ordonnées. Les liaisons entre chaque molécule se sont brisées et l'eau épouse la forme du récipient. Les molécules sont très proches les unes des autres et un liquide est incompressible.
• Phase gazeuse: L'agitation et le désordre sont maximum. La vapeur d'eau occupe tout l'espace du récipient. Les distances entre molécules sont grandes. Un gaz est compressible.

Notons que la vapeur d'eau est invisible.

À l'inverse des solides ou des liquides, les gaz occupent tout l'espace du récipient qui les contient.

Le préfixe "nano" signifie "très petit" en grec. Il exprime le milliardième de l'unité considérée. Le nanomètre (nm) représente donc un milliardième de mètre. Nous sommes à ces dimensions proche des dimensions atomiques et plus précisément les molécules (groupements d'atomes).
Les nanotechnologies regroupent les techniques permettant d'organiser la matière à ces échelles moléculaires. Les fullerènes et les nanotubes sont les créations les plus représentatives de ce savoir faire récent (1985 pour le C60  et 1991 pour le premier nanotube)

Un gaz peut être schématisé par un ensemble de particules très faiblement liées entre elles. Elles parcourent de grandes distances et leur trajectoire ne s'interrompt qu'au cours de chocs contre les parois ou contre d'autres particules. Pour cette raison, un gaz a tendance à occuper tout le volume du récipient dans lequel il se trouve.

La pression est une grandeur physique dont l'intensité est proportionnelle au nombre de chocs contre les parois. On comprend alors que plus le volume est petit, plus les molécules sont confinées et plus nombreux seront les chocs contre les parois. La pression sera donc élevée.

La théorie cinétique développée par Maxwell et Boltzmann considère la grandeur macroscopique de la pression comme le mouvement rapide d'un grand nombre de particules supposées ponctuelles n'interagissant que pendant des chocs élastiques. C'est le modèle du gaz parfait.

Illustration symbolique de la loi des gaz parfaits PV=nRT. Noter bien que dans ce modèle, les molécules sont ponctuelles, qu'elles n'interagissent que pendant les chocs et que ces chocs sont supposés élastiques.

Animation présentant de façon symbolique les molécules (H20), atomes, électrons, noyaux, protons, neutrons. On introduira l'agitation thermique, la neutralité électrique, la charge, la classification de Mendeleiev.

Les échelles ne sont pas respectées ! Les orbites circulaires des électrons sont un modèle simplifié couramment utilisé mais faux.

Ce tableau glissant illustre la grande disparité des valeurs de résistivité entre conducteurs et isolants. On indique pour information les supraconducteurs qui ne constituent pas une nouvelle catégorie de matières mais un phénomène physique observable sous certaines conditions.

Cette illustration permet d'aborder de nombreuses notions relatives à la décroissance radioactive: datation, processus aléatoire, durée de vie ...

Les régions ombrées indiquent les zones qui ont le plus de chance d'être occupées par des électrons. Ces lois de probabilités varient en fonction des atomes considérés et de leur configuration. Le rayon moyen de ces orbitales définit la taille d'un atome. Il est de l'ordre de l'Angstrom sachant que la dimension du noyau est 10000 fois plus petite. Seule la théorie quantique permet d'expliquer ce modèle atomique validé vers 1911 par les expériences de Rutherford.

Reseau hexagonal compact.