X射线是直线传播的，在通过棱镜时不发生反射和折射，不被透镜聚焦。X射线能使荧光物质发出荧光。伦琴一次检验铅对X射线的吸收能力时，意外地看到了他自己拿铅片的手的骨髂轮廓。X射线的发现具有十分重大的意义，它是19世纪末20世纪初发生的物理学革命的开端。以X射线晶体衍射现象为基础建立起来的X射线晶体学，是现代结构化学的基石之一。伦琴由于发现X射线，于1901年成为第一个诺贝尔物理学奖获得者。......
2023-11-24
X射线晶体学:一个重要的发现
【摘要】：经过多次失败，终于得到了第一张X射线衍射图，初步证实了劳厄的预见，于1912年5月4日宣布他们实验成功。几十年中，在X射线光谱学和X射线晶体结构分析两方面做出卓越贡献，从而获得诺贝尔物理化学奖或生理医学奖的学者，竟超过10人！应用X射线晶体结构分析方法于化学物质的结构研究，使现代结晶化学迅速兴起。几何晶体学、X射线晶体学和结晶化学的发展又一次生动地证明了这一点。
自1895年X射线发现以后，人们通过实验研究逐步探明了它的很多性质。但在十几年内对于它的本质是什么，是电磁波还是粒子流，物理学家们一直争议不休。1911年，劳厄详细研究了光波通过光栅的衍射理论；厄瓦尔则以可见光通过晶体的行为作为他博士论文的研究课题。一天，厄瓦尔把论文拿去向劳厄请教。
这时，准确测定阿佛阿德罗常数的问题不久前已经解决。根据已知的原子量、分子量、阿佛加德罗常数和晶体的密度等，可以估计出晶体中一个原子或分子所占空间的体积及粒子间的距离。当劳厄发现X射线的波长和晶体中原子间距二者数量级相同之后，他产生了一个非常重要的思想：如果X射线确实是一种电磁波，如果晶体确实如几何晶体学所揭示的具有空间点阵结构，那么，正如可见光通过光栅时要发生衍射现象一样，X射线通过晶体时也将发生衍射现象，晶体可作为射线的天然的立体衍射光栅。于是，弗里德里希和克尼平就在1912年4月21日以五水合硫酸铜晶体为光栅进行了劳厄推测的衍射实验。经过多次失败，终于得到了第一张X射线衍射图，初步证实了劳厄的预见，于1912年5月4日宣布他们实验成功。
接着劳厄等人又以硫化锌、铜、氯化钠、黄铁矿、荧石和氧化亚铜等立方晶体进行实验，都得到了衍射图。于是，晶体X射线衍射效应被发现了。这一重大发现一举解决了三大问题，开辟了两个重要研究领域。第一，它证实了X射线是一种波长很短的电磁波，可以利用晶体来研究X射线的性质，从而建立了X射线光谱学；并且对原子结构理论的发展也起了有力的推动作用，1913年莫斯莱定律的建立就是一例。第二，它雄辩地证实了几何晶体学提出的空间点阵假说，晶体内部的原子、离子、分子等确实是作规则的周期性排列，使这一假说发展为科学理论。第三，它使人们可利用X射线晶体衍射效应来研究晶体的结构，根据衍射方向可确定晶胞的形式和大小，根据衍射强度可确定晶胞的内容（原子、离子、分子的分布位置），这就导致了一种在原子——分子水平上研究化学物质结构的重要实验方法——X射线结构分析（即X射线晶体学）的诞生。这门新科学后来对化学的各分支以及材料学、生物学等都产生了深远的影响。由于这一发现，劳厄于1914年被授予诺贝尔物理学奖。
在上述劳厄发现的基础上，英国人布拉格父子以及莫斯莱和达尔文（Darwin.C.G.1887～1962年）为X射线晶体结构分析的建立作了大量工作，其中特别是W.L.布拉格贡献最大。布拉格父子因此共同获得1915年诺贝尔物理学奖。几十年中，在X射线光谱学和X射线晶体结构分析两方面做出卓越贡献，从而获得诺贝尔物理化学奖或生理医学奖的学者，竟超过10人！(www.chuimin.cn)
应用X射线晶体结构分析方法于化学物质的结构研究，使现代结晶化学迅速兴起。其中关于无机物结晶化学的发展，本章在讨论离子晶体和金属晶体时作了介绍，它对有机结晶化学的发展，对蛋白质、核酸等生物高分子结构的研究，也都起了巨大作用。
自然科学发展证明：在不同学科的接触点上往往是科学发展的新的生长点，常可取得重大成果。几何晶体学、X射线晶体学和结晶化学的发展又一次生动地证明了这一点。
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