Внутренние колебания молекул
Картина строения молекул, раскрытая рентгеновскими лучами, была по необходимости статичной. Это была длительная экспозиция, в которой всякое внутреннее движение было затуманено; однако физика XX века компенсировала также и этот недостаток и дала сведения о динамичном поведении молекул, что было равнозначно созданию кинофильма об их движениях. Такое достижение явилось результатом применения квантовой теории молекулярных спектров, в особенности в инфракрасной области, где период колебаний света мог быть настроен в соответствии с естественными колебаниями атомов в молекулах. Как показали в 1928 году Раман и Мандельштам, можно найти величину этих частот с помощью мельчайших изменений, происходящих в цвете видимого света, рассеиваемого молекулами. Скорости колебаний в различных частях молекул должны были обеспечить чрезвычайно точные измерения сил, удерживающих атомы вместе в этих молекулах. Новые физические методы построили таким образом завершенную количественную физическую картину, с учетом расстояний и сил, вместо прежнего чисто формального знания того, как молекулы держатся друг возле друга с точки зрения таких качественных концепций, как валентность и сродство.
Новые химические теории
Уже в 1920 году, опираясь на теории Косселя и Льюиса, а также Ленгмюра, основанные на простой модели атома по Бору,способного присоединять или утрачивать электроны, чтобы превратиться в положительный или отрицательный ион, было возможно переосмыслить неорганическую химию в физических выражениях. Это было огромным выигрышем в рациональности. Химия XIX века могла найти простые формулы для соединений, но не могла объяснить ни свойств этих соединений, ни даже того, почему могли образовываться именно эти, а не другие соединения. Общая область химии могла быть теперь подразделена на четыре подобласти: редких газов, где все электроны оставались прикрепленными к атомам; металлов, где наблюдался избыток электронов; неметаллов, где электронов недоставало, и солей, где произошли обмены между металлическими и неметаллическими ионами. Таково современное обоснование арабо - пара - цельсовопспагирической системы ртути, серы, соли (218). Аналогии, покоящиеся на внешней видимости, находят свое объяснение на основании квантовой теории (405). С развитием квантовой теории эта общая картина могла в свою очередьпринять количественный характер; в случае солей или ионных кристаллов силы, сдерживающие весь кристалл, могли быть вычислены через известные электростатические потенциалы.
Химия минералов
Это оказало непосредственное влияние на понимание сложной химии минералов и горных пород. Подробные рентгеновские анализы Лоренса Брэгга в сочетании с пространными обследованиями всех элементов В.М.Гольдшмидтом (1888 — 1947) и теоретической прозорливостью Паулинга показали, что устойчивость минеральных структур, а отсюда и их местонахождение в земле зависели от весьма простых соображений. Устойчивый минерал действительно встречается тогда, когда соответствующее число составляющих его атомов, которые могут рассматриваться как сферы различных размеров, плотно и правильно примыкают друг к другу. Мир минералов, некогда представлявший собой хаос, теперь был приведен в порядок, и новые знания о нем сразу же показали свою ценность для понимания распределения элементов в горных породах, а отсюда и сведений о том, где их можно найти. Структура кристаллов действительно должна была оказаться ключом к формулировке принципов геохимии,с помощью которой возможно было проследить быстротечные и длительные преобразования горных пород путем эрозии, отложения, складкообразования и вулканического действия.