Во второй половине XIX в. химики начали устанавливать связь между свойствами веществ и предполагаемым строением их молекул, т. е. вполне определенным взаимным расположением атомов. Точная информация об атомном строении молекул и кристаллов многих веществ была получена в сравнительно недавнее время, примерно после 1913 г. Физики разработали много эффективных методов исследования строения веществ. Один из этих методов основан на интерпретации спектров веществ (рис. 19.6). Пламя, содержащее, например, пары воды, испускает свет, характерный для молекул воды; такое излучение называют спектром водяного пара. Линии в спектре воды были определены экспериментально и интерпретированы; было установлено, что оба атома Н в молекуле воды находятся на расстоянии 97 пм от атома кислорода*. Было показано, кроме того, что два атома водорода не находятся на одной прямой с атомом кислорода; молекула воды изогнута, причем угол, образуемый прямыми, соединяющими три атома, равен 105°. Спектроскопическими методами удалось определить как расстояние между атомами, так и углы между ними для многих простых молекул.
Строение многих соединений было установлено также методами дифракции электронов и дифракции рентгеновских лучей. В дальнейших разделах книги описано атомное строение многих веществ, установленное этими методами. В приложении IV описан метод дифракции рентгеновских лучей, применяемый для определения структуры кристаллов.
* Расстояние между атомом водорода и атомом кислорода в молекуле воды выражено в пикометрах (пм). Пикометр — современная единица длины, используемая при определении размеров молекул; она равна 10-12 м. Еще недавно в научной литературе использовали единицу длины ангстрем (). Ангстрем равен 10-10 м, т. е. 1Å = 100 пм.