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       20世紀初，物理學(xué)的革命性發(fā)展，帶動著化學(xué)的發(fā)展，其中以下列三個方面對化學(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；（3）電子衍射和電子的波性。

       早在19世紀初，道爾頓提出原子學(xué)說，認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世紀末相繼發(fā)現(xiàn)了天然放射性、陰極射線（即電子流）和X射線。1887年湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，原子是由原子核和電子組成，打開了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大門。20世紀初，根據(jù)原子光譜和α粒子穿透金箔等實驗，盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)的行星繞太陽的模型。1913年，玻爾綜合普朗克的量子論、愛因斯坦的光子學(xué)說和盧瑟福原子模型提出氫原子結(jié)構(gòu)，即一個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動的速度、繞核運轉(zhuǎn)時電子離核的距離，給出了電子從一個軌道到另一個軌道所需的能量，并和氫原子光譜的波長聯(lián)系起來，大大加深了人們對原子的認識。

       20世紀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”方式按軌道運行，而是統(tǒng)計地按波動的方式需用波函數(shù)來了解電子的情況。這種描述原子中電子的波函數(shù)仍按舊稱，叫原子軌道（AO，atomic orbital）；描述分子中電子的波函數(shù)稱分子軌道（MO，molecular orbital）。AO和MO都像波一樣，可以為+值、-值或0值。同號疊加可以增大，異號疊加互相就會抵消，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H原子接近時，它們的1s軌道互相疊加，即波函數(shù)同號相加增大，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受到兩個核的靜電吸引，使能量降低，形成穩(wěn)定的分子，這就是共價鍵的本質(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射線的波長相當。當X射線照射到晶體上，會產(chǎn)生衍射效應(yīng)。1912年勞埃和布拉格父子開創(chuàng)X射線衍射法，在開頭的十多年測定出許多無機化合物的晶體結(jié)構(gòu)。到二三十年代測定了尿素、六次甲基四胺等簡單有機化合物的晶體結(jié)構(gòu)。四五十年代測定了青霉素等較復(fù)雜的藥物分子的晶體結(jié)構(gòu)，并開始對氨基酸、蛋白質(zhì)和核酸等生物物質(zhì)進行研究。60年代以后，隨著計算機和衍射儀的發(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。到20世紀末，可以說只要化學(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)，從中詳細地獲得晶體的對稱性、分子的立體構(gòu)型和構(gòu)象、分子間的堆積和相互作用、各個原子的熱振動幅度以及原子間化學(xué)鍵的情況。晶體結(jié)構(gòu)測定已成為研究化學(xué)問題所必須具備的方法。