19世纪40年代，德国人弗兰根海姆（Frankenheim，M.L.1801-1869年）和法国人布拉维（Bravais，A.1811-1863年）发展前人的工作，奠定了晶体结构空间点阵理论（即空间格子理论）的基础。弗兰根海姆首行提出晶体内部结构应以点为单位，这些点在三度空间周期性的重复排列。他于1842年推出了15种可能的空间点阵形式。其后，布拉维明确地提出了空间格子理论。他认为晶体内物质微粒的质心分布在空间格子的平行六面体单位的顶角、面心或体心上，从而它们在三度空间作周期性的重复排列。布拉维于1848年指出，弗兰根海姆的15种空间点阵形式中有两种实质上是相同的，确定了空间点阵的14种形式。关于晶体的微观对称性，德国人松克（Sohncke，1842-1897年）在前人工作的基础上进行深入研究以后，提出晶体全部可能的微观对称类型共有230种（称为230个空间群）。在1885-1890年间，俄国结晶学家弗多罗夫完成了230个空间群的严格的推引工作。在19世纪的最后十年中，几何晶体学理论已全部完成了。
几何晶体学虽然在19世纪末已成为系统的学说，但直到1912年以前它还仅仅是一种假说，尚未被科学实验所证实。它的抽象理论当时并未引起物理家和化学家们的注意，他们中还有不少人认为在晶体中原子、分子是无规则地分布的。1895年伦琴发现了Ｘ射线，当时没有一个科学家想到要把Ｘ射线和几何晶体学这两件几乎同时出现的重大科学成就联系起来。人们没有料到，在晶体学、物理学和化学这三个不同学科领域的接合部，一个新的重大突破正在酝酿之中。
四、Ｘ射线晶体学的诞生
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！
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。
化学工业的开端
人类对天然纤维在远古时期就广泛地利用。古人把天然纤维纺织成布，解决了穿衣问题。我国马王堆汉墓中出土的各种织物，纹理整齐，水平很高。在希腊、罗马、埃及、印度等文明古国中，都出土过极为古老的织物，也都是古人应用天然高分子的有力证明。我国四大发明之一的造纸术，是对天然纤维加工最有名的技术。随着社会的发展，人们为了发挥天然纤维多方面的功能以满足社会的需要，进一步对天然纤维进行了化学加工，如漂白、染色使其更适合于人们的要求。虽然这些加工过程还不能说是纤维化学的系统研究，但是对系统地研究纤维却是创造了良好的条件。到19世纪30年代以后，情况就不同了，对天然纤维开展了大量的科学研究，在以下几方面做出了显著的成绩。
1.硝化纤维1845年瑞士化学家申拜恩制成硝化纤维后，美国化学家海得（Hyatt，J.W.1837-1920年）把含氮量较少的二硝化纤维中加入添加剂樟脑，制成赛璐璐塑料。原来的二硝化纤维，质地太硬难于加工。现在的赛璐璐塑料质地柔韧，容易加工成型，在塑料工业上具有重要的意义。它可用来制造照相底片、电影胶片，后来大量用于喷膝工业。
2.人造丝1885年化学家安德玛（Andemars，A.19世纪），把以桑枝为原料制得的硝化纤维与乙醚、乙醇混合，然后进行抽丝，但极易爆炸，无法利用。1884年英国化学家斯温（Swan，J.W.19世纪）制得脱硝硝化纤维，用以制造煤油气灯的灯泡网罩。次年法国化学家夏东奈（de chardonnet，H.19世纪）把用棉花制得的硝化纤维再用硫氢酸铵脱硝，制得了安全的人造纸。1889年在巴黎博览会上展出产品，在当年即建成了世界上最早的人造丝工厂。
3.粘胶纤维1844年英国化学家黑尔塞（Mercer，J.1791-1866年），用氢氧化纳处理棉纤维，得到一种丝光纤维。1892年英国化学家克劳斯（Cross，C.F.1855-1935年）和贝汶（Beran，E.）再用二硫化碳溶解丝光纤维，然后进行纺丝，再脱硫，就得到粘胶纤维。它的性能比脱硫的人造丝更好。1900年在英国建成了年产1000吨粘胶纤维的工厂。后来发现需要的原料可用木浆代替，因此发展较快，到1920年的年产量达到1500吨。直到现在，轮胎帘子线、玻璃纸或者人造棉粘胶纤维都还在应用。1857年德国化学家许维茨（Schweitzer，E.19世纪）用硫酸铜氨水溶液溶解纤维素，然后纺丝，再用稀酸处理，制出的纤维叫做铜氨纤维。1902年开始建厂生产。
4.醋酸纤维1865年德国化学家雪村贝格（Schutzenberger. P.18世纪），把醋酸酐与纤维素在封闭管中加热到180℃，制得醋酸纤维。1879年化学家法兰奇蒙（Franchimont，A.P.N.19世纪）发现用硫酸脱水，可以不用封闭管。1894年化学家克劳斯和贝纹用氯化锌代替硫酸，也可以制得醋酸纤维。1903年化学家迈尔斯（Miles，G.W.）发现不溶丙酮的这种醋酸纤维，用无机酸进行部分酸化后，可得到能溶于丙酮的醋酸纤维。1914年，在瑞士建立起生产醋酸纤维的工厂，以后在英国也纷纷建厂生产。这种纤维可用来制照相底片、电影胶片等。
有机物合成的开端
在有机化学发展过程中，起初是笼笼统统地开展研究的，在研究比较简单的碳氢化合物的同时也对一些较复杂的脂肪、染料等进行了研究。19世纪上半中，虽然不少化学家已经注意研究有机化学问题，但多局限于研究天然的有机化合物，主要是应用化学手段对天然有机化合物进行提纯，或者应用无机化学的某些规律来研究有机化合物。例如，瑞典化学家贝采里乌斯，是大家公认的开创研究有机化学的杰出人物。1814年他应用化学方法精确地证实，有机化合物的组成也遵循定组成定律。他最早应用了有机化学研究的对象，但由于当时研究科学的条件限制，关于有机化学研究的对象，只有是从天然的动植物中取出的有机物，即只能从有机物制造有机物。英国的物理学化学家法拉第，1825年研究从煤气中提取的照明气的冷凝物时，制取了两种未知的碳氢化合物，并详尽地研究了它们的物理和化学性质，而且向英国皇家协会写了关于这方面的报告。稍后化学家李比希才把这两种物质分别叫做苯和丁烯。1826年法拉第研究了天然橡胶的成分，初步确定它的分子式是5个碳原子和大约8个氢原子。
1828年，当化学家维勒首次宣布人工合成尿素以后，仍然有不少的化学家不承认尿素是真正的有机物，可是法国化学家贝特罗（Berthelot，M.1827-1907年）却相信维勒的成果及其重大意义。他赞成维勒关于在实验室里可以制取有机物的观点。他深信在一定的条件下，试管中必定可能合成某些有机物。合成这个化学术语，就是贝特罗首先提出来的，最早的涵义是指从无机物制造有机物的过程，近世的涵义则有所扩大，凡是从元素或简单的物质变成复杂物质的过程都是合成。所以合成的范围非常之广，如合成染料、合成橡胶、合成纤维、合成药物等，所有现在已知的有机化合物用合成法制得的要占多数。
在有机合成方面贡献大的科学家不少，如贝特罗、武慈、费歇尔等都是杰出的。但是对于有机化学基础有密切关系的则是贝德罗的研究。贝特罗研究有机合成是多方面的，如饱和和烃不饱和烃的合成、脂肪的合成、芳香烃的合成以及它们的衍生物的合成等。现在就其主要者予以介绍，对我们学习有机化学将会有很大的启发。
贝德罗首先研究松节油，结果是令人惊异的。在氧化剂参与下，将松节油加热到250℃，便生成了樟脑。这一事实表明在两种化合物之间有内在的联系，这种联系在高温的条件下可能由一种有机物转变成另一种有机物。虽然当时的化学家巴拉尔认为这不是合成反应，只是松节油的分解、破坏，但樟脑的制成毕竟是个很大的成就。
贝特罗真正惊人的创造，是1853年合成了脂肪。在合成脂肪之间，已有人能将脂肪分解为高级脂肪酸和甘油。贝特罗则认为既然可以分解为高级脂肪酸和甘油两种组分，当然也有可能把它们结合起来成为脂肪。于是他把一定量的脂肪酸和甘油放在厚壁玻璃管中加热，确实发生反应生成了脂肪和水。他研究合成的甘油三硬脂酸酯的性质数据，跟其他化学家研究天然的甘油三硬脂酸酯的数据完全相同。
贝特罗的文章一发表，便成为学术界轰动一时的新闻，不少报纸以“在试管中合成了脂肪”，“自然界被征服了！”“人能按照自己的愿望生产迄今是细胞组织的物质”等作为标题，报导了这位青年化学家的成就。法国科学院对这项成就给予高度的评价，并由政府授予贝特罗2000法郎的奖金，并授予博士学位。
贝特罗合成脂肪的创造虽然是惊人的，但仍有人认为这个实验还是属于用有机物制造有机物的范围。贝特罗自己也同样感到有这样的问题，因而也很不满足。于是他决心要用无机物，尤其是用简单的无机物来制造有机物。他想是不是可以用碳、水、二氧化碳、一氧化碳、酸、碱等来合成有机物呢？因为这些无机物的组成成分都是很简单的。他用乙烯通过酸或碱溶液，试图使它和水作用。用了多种酸、碱做实验都没有产生预期的效果。贝特罗不断改变合成的条件，当改用浓硫酸进行实验时，发现大约在70℃的条件下，乙烯开始猛烈地被水吸收。反应结束后，将反应混合物用水稀释，予以蒸馏而得到了乙醇。他认定有机物与无机物原则上没有任何不同，只要找到了正确的途径，就可以从最简单的无机物制出有机物。
贝特罗善于分析，善于联想，也善于对比研究。他认为乙烯和乙醇不同之点仅在于其组成中没有水，这种区别也存在于一氧化碳与蚁酸之间。一氧化碳是在碳不完全燃烧的条件下，碳与氧化合的产物。碳是纯无机物，水也是氢气燃烧产生的，而蚁酸却是有机物。一氧化碳和水能不能合成蚁酸呢？他不只一次想到这个问题。
