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参考文献
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5,谢有畅,邵美成,结构化学 (下册 ),人民教育出版社
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6,G,本斯,A.M.格来泽,固体科学中的空间群,高等教育出版社 ( 1981)
概论晶体化学是研究晶体在原子水平上的结构理论,揭示晶体的化学组成,结构和性能之间的内在联系以及相关原理的物理化学分支学科,
人们对客观世界的认识总是由简单到复杂,在结构化学中我们首先学习了量子力学的基本原理,运用量子力学的基本原理,我们开始研究最简单的原子,氢原子的电子结构,然后学习了最简单的双原子分子,氢分子离子的电子结构,接着 `我们学习了双原子分子,H2,Li2,…,最后学习多原子分子,如 OH2,CH4,NH3,… 的电子结构,在结晶化学中我们将学习更大一些的体系,晶体以及它们的结构和性质,
结晶化学起源于晶体学向化学的渗透 。 在晶体学发展的经典阶段,人们还只能从观察晶体的多面体的外形来联系晶体的组成和结构 。 但这种联系也曾对化学的发展作出巨大的贡献 。 在 1850年前后,L.巴斯德注意到了酒石酸盐晶体的旋光性与其外形中缺乏对称中心和镜面这一事实间的联系 。 他在显微镜下拆分了手征性不同的两种酒石酸盐晶体 。 这一发现对有机物立体化学的发展有过深刻的影响 。
X射线衍射的发现为结晶化学的发展提供了强有力的物质工具。
量子力学的建立为结晶化学的发展提供了坚实的理论基础。
1895年 11月 8 日,德国物理学家伦琴( W.C.R?ntgen)
在使用电子束(阴极射线)进行科学研究时,无意中了发现了 X射线,
1895年 11月 8日晚,德国实验物理学家伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光 。 经过几天废寝忘食的研究,他确定了荧光屏的发光是由于射线管中发出的某种射线所致 。 因为当时对于这种射线的本质和属性还了解得很少,所以他称它为
X射线,表示未知的意思 。 1896年 1月 23日,伦琴在自己的研究所中作了第一次报告;报告结束时,
用 X 射线拍摄了维尔茨堡大学著名解剖学教授克利克尔一只手的照片;克利克尔带头向伦琴欢呼三次,并建议将这种射线命名为伦琴射线 。
伦琴射线是人类发现的第一种所谓,穿透性射线,,它能穿透普通光线所不能穿透的某些材料 。 在初次发现时,
伦琴就用这种射线拍摄了他夫人的手的照片,显示出手的骨骼结构 。 这种发现实现了某些神话中的幻想,因而在社会上立即引起很大的轰动,为伦琴带来了十分巨大的荣誉 。
1901年诺贝尔奖第一次颁发,伦琴就由于这一发现而获得了这一年的物理学奖 。
1912年德国物理学家 M.von劳厄对晶体 X射线衍射效应的重要发现,建立了晶体学发展进程中的一个里程碑。它为 X射线晶体学的诞生奠定了基础,从而使经典晶体学过渡到现代晶体学 。
1909年劳厄在慕尼黑大学任教 。 他设想 X 射线是极短的电磁波,而晶体又是原子 ( 离子 ) 的有规则的三维排列,只要 X射线的波长和晶体中原子 ( 离子 )
的间距具有相同的数量级,那么当用 X 射线照射晶体时就应能观察到干涉现象 。 在劳厄的鼓励下,索末菲的助教 W.弗里德里奇和伦琴的博士研究生 P.克尼平在 1912年 4月开始了这项试验 。 他们把一个垂直于晶轴切割的平行晶片 ( 硫酸铜晶体 ) 放在 X射线源和照相底片之间 。 果然在照相底片上显示出有规则的斑点群 。 劳厄的设想被证实了,一举解决了 X
射线的本性问题,而且初步揭露了晶体的微观结构 。
A.爱因斯坦曾称此实验为,物理学最美的实验,。
由于发现 X射线在晶体中的衍射现象,劳厄获得了
1914年的诺贝尔物理学奖 。
一年以后,英国科学家小布拉格( W.L.Bragg)提出了利用 X射线分析晶体结构的方法。
老布拉格 ( W.H.Bragg) 马上制造了第一台用于晶体结构分析的 X光机,并成功的测定了 NaCl的晶体结构 。
W.L.布拉格指出,晶体中整齐排列相互平行的原子面可以看成衍射光栅,劳厄等照片上的斑点是这个光栅反射 X 射线的结果,并推导出著名的布拉格公式 。 这个公式反映了 X 射线的波长和晶面间距之间的定量关系,因而既可测定 X 射线波长,又可作为探索晶体结构特征的有力工具 。 1913年 W.H.布拉格制成了第一台 X 射线摄谱仪,测定了许多元素的标识 X 射线的波长 。 他们父子二人利用这台仪器测定了金刚石,水晶等几种简单晶体的结构,并研究出晶体结构分析的方法 。 这就从理论及实验上证明了晶体结构的周期性与几何对称性,奠定了 X射线谱学及 X射线结构分析的基础,从而为深入研究物质内部结构开辟了可靠的途径 。 为此,1915年布拉格父子共同获得诺贝尔物理学奖 。
晶体化学在近代自然科学中的地位可简单地归纳如下,I 晶体化学起源于晶体学向化学的渗透;
II因很多材料 ( 如合金,分子筛等 ) 只存在于晶态之中,再者,分子立体结构知识的主要来源是晶体结构,
所以,当今晶体化学已成为结构化学信息的主要源泉;
III晶体化学在当今自然科学中有广泛的横向联系,
它不仅是研究化学反应机理和化合物构效关系的指南,而且已成为材料科学和分子生物学深入发展的支柱 。