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       20世紀(jì)初，物理學(xué)的革命性發(fā)展，帶動(dòng)著化學(xué)的發(fā)展，其中以下列三個(gè)方面對(duì)化學(xué)的影響最大：（1）能量量子化和量子力學(xué)；（2）光電效應(yīng)和光子學(xué)說(shuō)；（3）電子衍射和電子的波性。

       早在19世紀(jì)初，道爾頓提出原子學(xué)說(shuō)，認(rèn)為元素的最終組成者是原子，原子是不能創(chuàng)造、不能毀滅、不可再分，在化學(xué)變化中保持不變的微粒。但是不到一百年，化學(xué)家們于19世紀(jì)末相繼發(fā)現(xiàn)了天然放射性、陰極射線(xiàn)（即電子流）和X射線(xiàn)。1887年湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，原子是由原子核和電子組成，打開(kāi)了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大門(mén)。20世紀(jì)初，根據(jù)原子光譜和α粒子穿透金箔等實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)的行星繞太陽(yáng)的模型。1913年，玻爾綜合普朗克的量子論、愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)和盧瑟福原子模型提出氫原子結(jié)構(gòu)，即一個(gè)電子繞氫原子核旋轉(zhuǎn)的模型，并用以解析氫原子光譜，使人們了解氫原子中電子運(yùn)動(dòng)的速度、繞核運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電子離核的距離，給出了電子從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道所需的能量，并和氫原子光譜的波長(zhǎng)聯(lián)系起來(lái)，大大加深了人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)。

       20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立，化學(xué)家們將量子力學(xué)用于化學(xué)，形成了量子化學(xué)，推引出原子核外的電子并不像“行星繞太陽(yáng)”方式按軌道運(yùn)行，而是統(tǒng)計(jì)地按波動(dòng)的方式需用波函數(shù)來(lái)了解電子的情況。這種描述原子中電子的波函數(shù)仍按舊稱(chēng)，叫原子軌道（AO，atomic orbital）；描述分子中電子的波函數(shù)稱(chēng)分子軌道（MO，molecular orbital）。AO和MO都像波一樣，可以為+值、-值或0值。同號(hào)疊加可以增大，異號(hào)疊加互相就會(huì)抵消，可變?yōu)?，這樣為原子間形成化學(xué)鍵得到理論依據(jù)。例如兩個(gè)H原子接近時(shí)，它們的1s軌道互相疊加，即波函數(shù)同號(hào)相加增大，核間電子云（即波的振幅或波函數(shù)平方值）也增大，核間增大的電子云同時(shí)受到兩個(gè)核的靜電吸引，使能量降低，形成穩(wěn)定的分子，這就是共價(jià)鍵的本質(zhì)。

       晶體是原子或分子按一定的周期規(guī)律排列形成的固體物質(zhì)。它周期的大小和X射線(xiàn)的波長(zhǎng)相當(dāng)。當(dāng)X射線(xiàn)照射到晶體上，會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)。1912年勞埃和布拉格父子開(kāi)創(chuàng)X射線(xiàn)衍射法，在開(kāi)頭的十多年測(cè)定出許多無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)。到二三十年代測(cè)定了尿素、六次甲基四胺等簡(jiǎn)單有機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)。四五十年代測(cè)定了青霉素等較復(fù)雜的藥物分子的晶體結(jié)構(gòu)，并開(kāi)始對(duì)氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸等生物物質(zhì)進(jìn)行研究。60年代以后，隨著計(jì)算機(jī)和衍射儀的發(fā)展，收集衍射數(shù)據(jù)的速度、精確度和自動(dòng)化程度大大提高，解晶體結(jié)構(gòu)的直接法為解晶體結(jié)構(gòu)作出突出貢獻(xiàn)。到20世紀(jì)末，可以說(shuō)只要化學(xué)家合成和培養(yǎng)出晶體（直徑0．1mm即可），絕大多數(shù)在兩三天內(nèi)就可以得到完整而精確的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，從中詳細(xì)地獲得晶體的對(duì)稱(chēng)性、分子的立體構(gòu)型和構(gòu)象、分子間的堆積和相互作用、各個(gè)原子的熱振動(dòng)幅度以及原子間化學(xué)鍵的情況。晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定已成為研究化學(xué)問(wèn)題所必須具備的方法。