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Kristall



Der Begriff Kristall stammt ursprünglich von dem griechischen Wort "kryos" = Eis ab. Bei dem bereits im antiken Griechenland betriebenen Bergbau wurden wahrscheinlich Quarz-Kristalle entdeckt, die für nicht geschmolzenes Eis gehalten wurden. Daher stammt die Bezeichnung "Krystall", die sich im Laufe der Zeit zu "Kristall" gewandelt hat.

Ein Kristall ist ein anisotroper, homogener Körper, der aus einer dreidimensionale und periodisch angeordneten Struktureinheit besteht. Festkörper ohne eine derartige Ordnung nennt man Glas oder Polykristall. Daneben gibt es noch Quasikristalle, die zwar wohlgeordnet sind, jedoch weder Rotationssymmetrie noch Translationssymmetrie besitzen müssen und aus mehreren unterschiedlichen Struktureinheiten aufgebaut sind.

Ein Kristall entsteht, wenn die Temperatur der flüssigen Materie genügend langsam unter den Schmelzpunkt sinkt und daraufhin die thermische Bewegung der einzelnen Atome einen so geringen Wert annimmt, dass sie untereinander Bindungen eingehen und sich so zu einem einheitlichen Gitter vereinigen können.

Ausgangspunkt für die Kristallbildung ist ein Kristallkeim, der bei sinkender Temperatur wächst. Existieren viele solcher Kristallkeime oder setzt die Kristallisation an mehreren Stellen gleichzeitig ein, so entsteht ein Polykristall. Sinkt die Temperatur der Schmelze so schnell, dass sich die Atome nicht periodisch anordnen können, so entsteht ein Glas.

Alle möglichen Kristallgitter lassen sich im Rahmen der Gruppentheorie anhand ihrer Kristallsymmetrie in 230 Raumgruppen klassifizieren (siehe Kristallsystem).

Die Regelmäßigkeit im Inneren spiegelt sich mitunter auch in der makroskopischen Geometrie wieder. So sind zum Beispiel Eiskristalle sechseckig, während Kochsalzkristalle würfelförmig sind.

Kristalle haben eine höhere Dichte als ihre amorphen Gegenstücke. Sie sind härter, aber auch spröder.

Viele Schmucksteine sind besonders schöne und große Kristalle der verschiedenen Mineralien. Der Bergkristall ist eine farblose Variante des Quarz-Kristalls, die violette Variante ist der Amethyst. Der Diamant ist eine kristalline Form des Kohlenstoff und das härteste natürlich vorkommende Mineral. Auch Silizium kristallisiert im Diamantgitter. Es ist wohl zur Zeit der Stoff, der am häufigsten in großen Mengen einkristallin verwendet wird (Halbleitertechnik).

Reale Kristalle enthalten immer auch Verunreinigungen (Fremdatome). Weiter weisen sie aus thermodynamischen Gründen Kristallfehler auf, wobei z.B. Positionen im Gitter unbesetzt bleiben können (Leerstellen), oder sich Atome oder (seltener) Moleküle in irregulären Positionen (Lücke) des Gitters aufhalten (Zwischengitteratom bzw. -molekül). Oder Fremdatome bzw. -moleküle besetzen Kristallgitterplätze oder sitzen im Zwischengitter.

Das Verhalten von Licht in Kristallen wird durch die Kristalloptik beschrieben. Periodische dielektrische Stukturen, so genannte Photonische Kristalle, zeigen neuartige optische Eigenschaften.

Siehe auch: Einkristall, Kristallographie, Flüssigkristall, Glas

Literatur

Weblinks




     
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