自然界中的固體物質絕大部分都是晶體,只有極少數是非晶體。初中化學課本在溶液部分講述結晶過程時指出:在結晶過程中形成的具有規則外形的固體叫做晶體。高中化學課本在分別講述四類晶體的特點以前,先講了所有晶體在結構上的共同特征。它指出:“晶體為什么具有規則的幾何外形呢?實驗證明:在晶體里構成晶體的微粒(分子、原子、離子等)是規則地排列的,晶體的有規則的幾何外形是構成晶體的微粒的有規則排列的外部反映”。這里所說的“實驗”主要指有X射線來測定分析晶體結構的實驗。高中化學課本下冊“金屬鍵”一節中就指出,金屬晶體的內部結果是用X射線進行研究發現或證實的。其它晶體也是如此。
用X射線測定晶體結構的科學叫做X射線晶體學,它和幾何晶體學、結晶化學一道,對現代化學的發展起了很大作用。它們的重要性可概括為以下四點:(1)結晶化學是現代結構化學的一個十分重要的基本的組成部分。物質的化學性質是由共結構決定的,所以結構化學包括結晶化學,是研究和解決許多化學問題的指南。
結晶化學的知識在研制催化劑中的應用就是一例。(2)由于晶體內的粒子排列得很有規則,所以晶態是測定化學物質的結構最切實易行的狀態,分子結構的實際知識(如鍵長、鍵角數據)的主要來源是晶體結構。很多化合物和材料只存在于晶態中,并在晶態中被應用。(3)它們是生物化學和分子生物學的支柱。分子生物學的建立主要依靠了下列兩個系列的結構研究:一是從多肽的α螺旋到DNA的雙螺旋結構;二是從肌紅蛋白、血紅蛋白到溶菌酶和羧肽酶等的三維結構。它們都是應用測定晶體結構的X射線衍射方法所得的結果。(4)晶體學和結晶化學是固體科學和材料科學的基石。固體科學要在晶體科學所闡明的理想晶體結構的基礎上,著重研究偏離理想晶態的各種“缺陷”,這些“缺陷”是各種結構敏感性能(如導電、擴散、強度及反應性能等)的關鍵部位。材料之所以日新月異并蔚成材料科學,相當大的程度上得力于晶體在原子水平上的結構理論所提供的觀點和知識。
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