Was ist ein Kristall?

Ein Kristall besteht aus Materie, die aus einer geordneten Anordnung von Atomen, Molekülen oder Ionen gebildet wird. Das Gitter, das sich bildet, erstreckt sich in drei Dimensionen.

Da es sich wiederholende Einheiten gibt, haben Kristalle erkennbare Strukturen. Große Kristalle weisen flache Bereiche (Flächen) und gut definierte Winkel auf.

Kristalle mit offensichtlichen flachen Flächen werden euhedrische Kristalle genannt, während solche ohne definierte Flächen anhedrische Kristalle genannt werden. Kristalle, die aus geordneten Anordnungen von Atomen bestehen, die nicht immer periodisch sind, werden als Quasikristalle bezeichnet.

Das Wort "Kristall" stammt aus dem Altgriechischen krustallos, Das bedeutet sowohl "Bergkristall" als auch "Eis". Die wissenschaftliche Untersuchung von Kristallen heißt Kristallographie.

Beispiele

Beispiele für alltägliche Materialien, denen Sie als Kristalle begegnen, sind Tafelsalz (Natriumchlorid- oder Halitkristalle), Zucker (Saccharose) und Schneeflocken. Viele Edelsteine ​​sind Kristalle, darunter Quarz und Diamant.

Es gibt auch viele Materialien, die Kristallen ähneln, aber tatsächlich Polykristalle sind. Polykristalle entstehen, wenn mikroskopisch kleine Kristalle zu einem Feststoff verschmelzen. Diese Materialien bestehen nicht aus geordneten Gittern.

Beispiele für Polykristalle umfassen Eis, viele Metallproben und Keramik. Noch weniger Struktur zeigen amorphe Feststoffe, deren innere Struktur ungeordnet ist. Ein Beispiel für einen amorphen Feststoff ist Glas, das beim Facettieren einem Kristall ähneln kann, aber keines ist.

Chemische Bindungen

Die Arten chemischer Bindungen zwischen Atomen oder Atomgruppen in Kristallen hängen von ihrer Größe und Elektronegativität ab. Es gibt vier Kategorien von Kristallen, die nach ihrer Bindung gruppiert sind:

1. Kovalente Kristalle: Atome in kovalenten Kristallen sind durch kovalente Bindungen verbunden. Reine Nichtmetalle bilden kovalente Kristalle (z. B. Diamant) ebenso wie kovalente Verbindungen (z. B. Zinksulfid)..
2. Molekulare Kristalle: Ganze Moleküle sind organisiert miteinander verbunden. Ein gutes Beispiel ist ein Zuckerkristall, der Saccharosemoleküle enthält.
3. Metallische Kristalle: Metalle bilden oft metallische Kristalle, in denen sich einige der Valenzelektronen frei im Gitter bewegen können. Eisen kann zum Beispiel verschiedene metallische Kristalle bilden.
4. Ionische Kristalle: Elektrostatische Kräfte bilden Ionenbindungen. Ein klassisches Beispiel ist ein Halit oder Salzkristall.

Kristallgitter

Es gibt sieben Systeme von Kristallstrukturen, die auch Gitter oder Raumgitter genannt werden:

1. Kubisch oder isometrisch: Diese Form umfasst Oktaeder und Dodekaeder sowie Würfel.
2. Tetragonal: Diese Kristalle bilden Prismen und Doppelpyramiden. Die Struktur ist wie ein kubischer Kristall, nur dass eine Achse länger ist als die andere.
3. Orthorhombisch: Dies sind rhombische Prismen und Dipyramiden, die Tetragonen ähneln, jedoch keine quadratischen Querschnitte aufweisen.
4. Sechseckig: Sechsseitige Prismen mit Sechskantquerschnitt.
5. Trigonal: Diese Kristalle haben eine dreifache Achse.
6. Triklinisch: Trikline Kristalle neigen dazu, nicht symmetrisch zu sein.
7. Monoklin: Diese Kristalle ähneln schiefen tetragonalen Formen.

Gitter können einen Gitterpunkt pro Zelle oder mehr als einen haben, was insgesamt 14 Bravais-Kristallgittertypen ergibt. Bravais-Gitter, benannt nach dem Physiker und Kristallografen Auguste Bravais, beschreiben die dreidimensionale Anordnung, die aus einer Menge diskreter Punkte besteht.

Eine Substanz kann mehr als ein Kristallgitter bilden. Beispielsweise kann Wasser hexagonales Eis (wie Schneeflocken), kubisches Eis und rhomboedrisches Eis bilden. Es kann auch amorphes Eis bilden.

Kohlenstoff kann Diamant (kubisches Gitter) und Graphit (hexagonales Gitter) bilden.

Wie Kristalle entstehen

Der Prozess der Kristallbildung wird als Kristallisation bezeichnet. Kristallisation tritt gewöhnlich auf, wenn ein fester Kristall aus einer Flüssigkeit oder Lösung wächst.

Wenn eine heiße Lösung abkühlt oder eine gesättigte Lösung verdunstet, ziehen sich die Partikel so nah zusammen, dass sich chemische Bindungen bilden. Kristalle können sich auch durch Abscheidung direkt aus der Gasphase bilden. Flüssigkristalle besitzen Partikel, die wie feste Kristalle organisiert orientiert sind und dennoch fließen können.