在20世纪初，物理学的革命性发展对化学产生了重大影响，主要体现在以下三个方面：
（1）能量量子化和量子力学：量子力学的发展使得我们对原子和分子的行为有了更深入的理解。原子和分子的能量是量子化的，而不是连续的。这一理论为化学反应的研究提供了新的思路。
（2）光电效应和光子学说：光电效应的发现表明光具有粒子性，即光子。这一发现推动了光子学说的发展，进一步揭示了光与物质相互作用的机制。
（3）电子衍射和电子的波性：电子衍射实验证明了电子具有波动性，这一发现改变了人们对电子的认识。电子的波动性对于理解原子和分子的结构以及化学键的形成起到了重要作用。
早在19世纪初，道尔顿提出了原子学说，认为原子是化学变化中不可分割的微粒。然而，在19世纪末，化学家们相继发现了一系列现象，如天然放射性、阴极射线和X射线，这些发现挑战了道尔顿的原子学说。1887年，汤姆孙发现了电子，揭示了原子的内部结构。随后，卢瑟福提出了原子结构的行星绕太阳的模型，玻尔综合了量子论、光子学说和卢瑟福模型，提出了氢原子的结构模型，进一步深化了对原子的认识。
20世纪20年代，量子力学的建立使化学家们意识到，原子核外的电子并不是按照行星绕太阳的方式运动，而是以波动的方式存在。这种波动性由波函数来描述，分子中的电子由分子轨道来描述。原子轨道和分子轨道都像波一样，可以为正值、负值或零值。同号叠加会增大，异号叠加会抵消，这为化学键的形成提供了理论基础。
晶体是由原子或分子按照一定的周期规律排列形成的固体物质。当X射线照射到晶体上时，会产生衍射效应。劳埃和布拉格父子于1912年开创了X射线衍射法，通过衍射数据可以确定晶体的结构。随着计算机和衍射仪的发展，解晶体结构的速度和精确度大大提高，晶体结构测定成为研究化学问题的重要方法。
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