我们知道，分子不停地做无规则运动，它们之间又存在相互作用力．分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来．这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态．物理学又把固态和液态统称为凝聚态．凝聚态物理学是当前物理学发展最迅速的分支学科之一．
固体和液体都呈凝聚态．它们有一个共同的特点：它们的分子间的距离跟分子本身的大小具有相同的数量级，因而分子间有较强的相互作用．这使得固体和液体都不易压缩，在微观结构上不像气体那样无序．
固体可以分成晶体和非晶体两类．
晶体和非晶体
在常见的固态物质中，石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等都是非晶体．晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大区别．下面我们就来研究晶体、非晶体的外形和物理性质的差异．
晶体都具有规则的几何形状．例如，食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体呈八面体形，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六棱锥．冬季的雪花，是水蒸气在空气中凝华时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但一般是六角形的规则图案．非晶体则没有规则的几何形状．
晶体和非晶体除了外形上的差异外，在物理性质上也有所不同．我们在初中已经学过，晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点，就是一种区别．下面，我们做实验观察晶体和非晶体其他不同的物理性质．
取一张云母薄片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母片．观察接触点周围的石蜡熔化后所成的形状．
然后再在玻璃片上做同样的实验.
从实验中我们看到，熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形，而在玻璃片上呈圆形．
实验现象表明，云母晶体在各个方向上的导热性能不同，而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同．
晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，而且机械强度和导电性能等其他物理性质也不一样．也就是说，晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性．而非晶体的各种物理性质、在各个方向上都是相同的，所以是各向同性的．
总之，晶体在外观上有规则的几何形状，有确定的熔点，一些物理性质表现为各向异性；非晶体在外观上没有规则的几何形状，没有确定的熔点，一些物理性质表现为各向同性．
实际上，一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是一种物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的．例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶（即石英玻璃）就是非晶体．许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体．例如古老建筑的窗玻璃常出现局部结晶状态．人们在研究中还发现，在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体．
单晶体和多晶体
晶体又可以分为单晶体和多晶体．如果一个物体就是一个完整的晶体，例如雪花、食盐小颗粒等．这样的晶体就叫做单晶体．单晶体是科学技术上的重要原材料，例如，制造各种晶体管就要用纯度很高的单晶硅或单晶锗．
如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体就叫做多晶体．由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐，就是多晶体．其中的小晶体叫做晶粒．
我们平常见到的各种金属材料，也是多晶体．如果把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．
多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，但是同单晶体一样，仍有确定的熔点．
晶体和非晶体在外形和物理性质上存在那么多的差异，这是为什么呢？从17世纪开始，人们根据晶体外形的规则性和物理性质的各向异性提出了一些假说，认为晶体内部的微粒是有规则地排列着的．到了19世纪中叶，晶体结构学说进一步发展，许多人认为晶体内部的微粒是依照一定的规律在空间整齐排列的．但是由于受当时的科学技术条件限制，缺少实验证据，这种想法仍然是一种假说．从1912年开始，人们应用X射线对晶体结构进行研究，证实了这种假说是正确的．现在，人们用电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相，进一步证实了这种假说的正确性．
组成晶体的物质微粒（分子或原子、离子）依照一定的规律在空间中整齐地排列、晶体中物质微粒的相互作用很强．微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．
食盐的晶体结构示意图，说明食盐的晶体是由钠离子Na+和氯离子CI－组成的，它们等距离、交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐具有正立方体的外形．
晶体外形的规则性可以用物质微粒的规则排列来解释．同样，晶体的各向异性也是由晶体的内部结构决定的．
左图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．
有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构．例如，碳原子如果按图甲那样排列就成为石墨，按图乙那样排列就成为金刚石．
石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层层地剥下．石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可以用来制作铅笔心．
金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，可以用来切割玻璃．如果把它装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内．
石墨和金刚石，除了力学性质不同外，其他物理性质也有很大差异，例如石墨的密度小，金刚石的密度大；石墨能导电，金刚石不能导电．
不只是碳元素能组成不同的晶体，其他元素也有这种情况．例如黄磷和红磷的化学成分相同，但是黄磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构．
液体的微观结构
液体的性质介于气体和固体之间．它一方面像固体，具有一定的体积，不易压缩；另一方面又像气体，没有一定的形状，具有流动性．液体的这些性质是由它的微观结构决定的．
液体在汽化时，体积改变可达上千倍；而在凝固时，体积大约减小10％．这表明，液体分子的排列更接近于固体．跟固体一样，液体中的分子也是密集在一起的，因而液体具有一定的体积，不易压缩．但是，液体分子之间的相互作用不像固体中的微粒那样强，液体分子只在很小的区域内作有规则的排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成．液体由大量这种暂时形成的小区域构成，这种小区域杂乱无章地分布着，因而液体表现出各向同性．
液体分子间的距离小，相互作用力很大，液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动．跟固体不同的是，液体分子没有长期固定的平衡位置，在一个平衡位置附近振动一小段时间以后，又转到另一个平衡位置附近去振动，即液体分子可以在液体中移动，这就是液体具有流动性的原因．
液体中的扩散现象是由液体分子运动产生的．分子在液体里的移动比在固体中容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快．
非晶体的微观结构跟液体非常类似，可以看作是粘滞性极大的液体．所以严格说来，只有晶体才能叫做真正的固体．
液体的表面张力
为什么叶面上的露珠，小水银滴，总是球形的?为什么由滴管口缓慢流出的液体不是连续的液流而是连串的液滴?为什么一些昆虫可以停在水面上而不致沉入水里?……
我们通过下面的实验和分析来研究
实验1.
从实验中观察到，刺破棉线左侧的薄膜，右侧的薄膜就会收缩，使棉线向右弯成弧形；刺破棉线右侧的薄膜，左侧的薄膜就会收缩，使棉线向左弯成弧形．
实验2.
从实验中看到，刺破棉线圈里的肥皂膜后，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形．
这些实验表明：液体的表面就好像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势．
为什么液体表面具有收缩的趋势呢？
原来，液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层．表面层里的分子要比液体内部稀疏些，也就是分子间的距离要比液体内部大些．在液体内部，分子间既存在着引力，又存在着斥力，引力和斥力的数量级相同，在通常的条件下可以认为它们的大小是相等的．在表面层里，分子间的距离大，分子间的相互作用表现为引力．
如果在液面上划一条分界线MN，把液面分为（1）和（2）两部分，那么，由于表面层中分子间的引力，液面（1）对液面（2）有引力F1的作用，液面（2）对液面（1）有引力F2的作用，F1和F2大小相等、方向相反．像这种液面各部分间相互吸引的力，叫做表面张力．液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．
在体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小，所以草叶上的露珠，小水银滴等，都因表面张力使液面收缩而呈球形．
浸润和不浸润
放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面．把一块洁净的玻璃片浸入水银里再取出来，玻璃上也不附着水银．这种现象叫做不浸润．对玻璃来说，水银是不浸润液体．
放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层．把一块洁净的玻璃片浸入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水．这种现象叫做浸润．对玻璃来说，水是浸润液体．
把浸润液体装在容器里，例如把水装在玻璃容器里，由于水浸润玻璃，器壁附近的液面向上弯曲．把不浸润液体装在容器里，例如把水银装在玻璃容器里，由于水银不浸润玻璃，器壁附近的液面向下弯曲．
同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的．水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡．水银不能浸润玻璃，但能浸润锌．
浸润和不浸润现象是分子力作用的表现．当液体与固体接触时，在接触处形成一个液体薄层，叫做附着层．附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引．如果受到的固体分子的吸引比较弱，附着层里的分子就比液体内部稀疏，在附着层里就出现跟表面张力相似的收缩力，这时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润现象．相反，如果受到的固体分子的吸引相当强，附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体相互排斥的力，这时跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，形成浸润现象．
浸润现象和不浸润现象在日常生活中是常见的．我们用的毛巾都是用能被水浸润的织物做成的．能够用墨水在纸上写字，是因为所用的纸被墨水浸润．脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药水．各种游禽用嘴把由体内分泌出来的油脂涂在自己的羽毛上，使羽毛不被水浸润．
毛细现象
我们做实验来观察浸润液体和不浸润液体在细管里发生的现象．
把几根内径不同的细玻璃管插入水中，可以看到管里的水面比容器里的水面高．管的内径越小，管里的水面越高．如果把这些细玻璃管插入水银中，发生的现象正好相反，管里的水银面比容器里的水银面低．管的内径越小，管里的水银面越低．
浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，叫做毛细现象．能够发生毛细现象的管叫做毛细管．
浸润液体为什么能在毛细管里上升呢？原来，浸润液体跟毛细管内壁接触时，引起液面的弯曲，使液面变大．而表面张力的收缩作用要使液面减小，于是管内液体随着上升，以减小液面．直到表面张力向上的拉引作用跟管内升高的液柱的重力达到平衡时，管内液体停止上升，稳定在一定的高度．利用类似的分析，也可以解释不浸润液体在毛细管里下降的现象．
毛巾吸汗，砖块吸水，粉笔吸墨水，都是常见的毛细现象．在纸张、棉花、毛巾、粉笔、木材、土壤、砖块等物体内部有许多细小的孔道，起着毛细管作用．
在有些情况下，要防止发生毛细现象．例如，在建筑房屋的时候，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸，防止地下的水分沿着砸实的地基以及砖墙的毛细管上升，以使房屋保持干燥．
毛细现象在农业生产上有非常重要的意义．土壤里有很多毛细管，地下的水分可以沿着它们上升到地面．如果要保存地下的水分，就要把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管．相反，如果想把地下的水分引上来，就不仅要保持土壤里的毛细管，而且还要使它们变得更细，这时就要用滚子压紧土壤．
物质通常呈现固态、液态和气态．但是，许多有机化合物可以呈现介于晶体和液体之间的状态．在这种状态下的物质，一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向排列比较整齐，具有各向异性．人们把物质的这种状态叫做液晶态，把处于这种状态的物质叫做液晶．液晶态是介于固态和液态之间的中间态．
该图为固态、液晶态以及液态的分子排列示意图．
经研究发现，不是所有物质都具有液晶态．现在发现几千种有机化合物具有液晶态．通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态．天然存在的液晶不多，大多数的液晶是人工合成的．
液晶分子的排列是不稳定的，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质．
有一种液晶，在外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态而不再透明，去掉电压，又恢复透明．利用液晶的这一特性可以制作显示元件．在两电极间将液晶涂成文字或数码，加上适当电压，透明的液晶变得混浊了，文字或数码就显示出来了．这种显示元件用于电子手表、电子计算器、微电脑以及其他仪器中．
有一种液晶，温度改变时会改变颜色．随着温度的逐渐升高，液晶就会按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序改变颜色；温度降低，又按相反顺序改变颜色．液晶的这种性质，可以用来探测温度．例如在医学上可用来检查肿瘤．在皮肤表面涂上一层液晶，由于肿瘤部分的温度与周围正常组织的温度不一样，液晶会显示出不同的颜色．利用这种液晶还可以检查电路中的短路点，把液晶涂在印刷线路板上，由于短路处温度升高，这个地方液晶显示的颜色就与其他地方不同．
液晶从19世纪80年代被发现，经过80多年科学家对它的全面系统的研究，为它的技术突破作了准备．直到本世纪60年代，随着电子技术和其他一些技术迅速发展，人们将液晶应用于显示技术之后，液晶在电子工业、航空工业、生物、医学等领域内获得了广泛的应用．近年来，液晶的理论又在细胞生物学和分子生物学中得到了发展．目前，液晶的基础理论研究成为凝聚态物理学的一个重要分支．随着科学技术的发展，液晶的理论和技术应用有着广阔的前途．