藏在一杯水里的谜题
有一个问题平凡到几乎没人会问：世界上为什么会有液态的水？一个水分子小得很——两个氢原子接在一个氧原子上。如果这些分子彼此完全不理会，它们就会四散飞开，水在任何温度下都会是气体，就像房间里的空气一样。可现实里，数以亿计的水分子却抱成一团，成了你能倒出来的一汪水。一定有某种东西在把它们往彼此身边拉。
那种东西，就是分子间作用力——一种作用在整个分子之间、而不是分子内部的吸引力。名字本身就说得很直白：*inter* 是「之间」，*molecular* 是「分子」。正是这些力，决定了一种物质在室温下是气体、液体还是固体；而它们，就是这一级阶梯的全部主题。
分子内部 与 分子之间
把两种很不一样的「胶水」分开来看，会很有帮助。在分子内部，原子靠共价键结合在一起——原子共用电子，彼此抓得很紧。正是它把两个氢牢牢拴在水分子的氧上。这种键很强；要打断它，就是一场真正的化学反应，需要很多能量。
分子间作用力是另一回事，温柔得多。它们跨过分子之间的空隙，从一个分子伸向下一个分子，而且弱得多——常常比共价键弱十倍到一百倍。当你把水煮开时，你并没有打断任何共价键；氢和氧仍然连在一起。你只是把一个个完整的水分子从彼此身边拉开，战胜了分子间作用力。这正是为什么蒸汽依然是由水分子构成的，分子本身没有变。
归根结底，都是电荷在起作用
每一种分子间作用力，无论名字多么花哨，归根结底都源于同一个根本原因：电荷。分子由带正电的原子核和带负电的电子组成。异性电荷相吸，同性电荷相斥——当两个分子飘到足够近时，它们的电荷便能感受到彼此。如果这本账算下来净结果是相互吸引，分子就被拉到一起。这一级阶梯里的一切，不过是在仔细盘点正电荷与负电荷各自待在哪里。
有时电荷的不均衡是永久的：分子的一端略带负电，另一端略带正电。我们用偶极矩这个量来衡量这种不均衡，你会在接下来的几篇里好好认识它。另一些时候，这种不均衡只是转瞬即逝的，随着电子的抖动忽明忽灭。两种情况都会带来吸引力，我们会一种一种把它们理清楚。
作用力决定了物质的状态
把它想成一场拔河。一边，分子间作用力把分子拉到一起，挤成一团整齐紧凑的人群；另一边，热让分子抖动、乱窜，想把它们打散。哪一边赢，就决定了物质的状态。当吸引力占上风，分子被锁在原位：固体。当热占上风，分子四散飞开：气体。而液体，是介于两者之间的停战状态——分子仍彼此挨着，却能相互滑过。
这正是为什么沸点是个特别有用的线索。分子间作用力强的物质，需要大量的热才能把分子撕开，所以它沸点高——水在100℃沸腾。作用力弱的物质则轻易就沸腾；空气里的那些气体，要冷却到零下几百度才肯凝结。读一个沸点，你读到的就是分子之间那层胶水的强度。
一个力的大家族，共用一个姓
分子间作用力不是单独的一种东西，而是一个小小的家族。其中最常见的三位成员，共用一个「姓」——范德华力，得名于一位荷兰科学家，是他最早把这些力写进了气体定律。此外还有一个格外强的特例，叫做氢键，以及一个涉及离子、力道特别大的成员。在接下来的四篇里，我们会逐一认识它们。