Kristall

Kristall, einheitlich zusammengesetzter fester Körper mit einer regelmäßigen räumlichen Struktur seiner Atome, Moleküle oder Ionen. Diese regelmäßige, periodische Anordnung der kleinsten Bausteine der Kristalle nennt man das Kristallgitter. Die äussere Gestalt eines Kristalls ist durch ebene, symmetrisch angeordnete Flächen bestimmt. Ein Kristall hat also die Form eines Polyeders. Eine der ersten Beobachtungen der Gesetzmäßigkeit von Kristallen machte 1669 Niels Stensen: Bei einer Kristallart ist der Winkel zwischen den entsprechenden Flächen immer gleich, unabhängig von der Form des jeweiligen Kristalls (Gesetz der Winkelkonstanz). Aus der theoretischen Gesetzmäßigkeit des Kristallbaues lässt sich ein so genanntes Idealkristall konstruieren (die Zeichnungen in den Bestimmungsbüchern stellen meist solche Idealformen dar). Die Kristallgitter der tatsächlich entstehenden Kristalle enthalten jedoch immer kleinere oder größere Kristallbaufehler, die den Kristall verzerren: Es entsteht ein Realkristall.

Kristalle entstehen aus Schmelzen, Lösungen oder durch Sublimation aus Gasen. Dieser Vorgang heißt Kristallisation. Verläuft das Kristallwachstum ungestört, so entstehen Kristalle, deren Form und Flächen seinem Gitterbau entsprechen (Einkristalle). Normalerweise behindern sich die Kristalle beim Wachstum gegenseitig, so dass der erstarrte Festkörper beispielsweise eine körnige Struktur besitzt (Kristallaggregat). Die einzelnen Körner besitzen aber auch in diesem Fall immer einen kristallinen Innenbau.

Feste Körper ohne kristalline Struktur, wie z. B. Glas, heißen amorph. In ihrer Struktur ähneln sie eher den Flüssigkeiten als den festen Körpern. Die gängige Vorstellung eines Kristalls bezieht sich auf mineralische (z. B. Bergkristall) oder metallische Substanzen (z. B. Zink), doch gibt es auch in der organischen Chemie Kristalle (z. B. Ascorbinsäure) und sogar in lebenden Geweben (z. B. Nierensteine). Der bisher größte natürliche Kristall wurde auf Madagaskar gefunden: Es war ein Beryllkristall von 18 Meter Länge.

Die Möglichkeiten der Kristallgitter, sich nach bestimmten Symmetrien zu ordnen, sind theoretisch beschränkt: Es gibt genau 32 Möglichkeiten der Kombination verschiedener Symmetrie-Elemente. In diese 32 Kristallklassen lassen sich alle Kristalle einordnen. Aus den Symmetrieachsen und ihren Winkeln untereinander leiten sich die sieben Kristallsysteme ab: kubisch, tetragonal, hexagonal, trigonal, rhombisch, monoklin und triklin. In diese sieben Kristallsysteme lassen sich alle möglichen Kristallformen einordnen.

Bei der Beschreibung von Kristallen sind folgende Begriffe hilfreich: Unter „Tracht” versteht man die Formen, aus denen sich ein Kristall zusammensetzt (z. B. Würfel, Tetraeder), unter „Habitus” die Gestalt (z. B. tafelig, nadelig, säulig). Mineralaggregate ohne Kristallflächen nennt man „derb”. Bei der Bildung von „Zwillingen” verwachsen zwei gleiche Kristalle symmetrisch miteinander. Gruppen aus unregelmäßig verwachsenen Kristallen werden „Kristallstufen” oder kurz „Stufen” genannt. Hohlräume, deren Wände von Kristallen überzogen sind, heißen „Drusen”.

Bei der Bestimmung eines Kristalls helfen neben der Beobachtung seiner Formen, seines Glanzes, seiner Transparenz und Lichtbrechung oft relativ einfache Versuche: die Prüfung auf Härte, Dichte, Spaltbarkeit und Bruch, Magnetismus, Phosphoreszenz und Fluoreszenz. Die Farben der Kristalle stellen unsichere Bestimmungskriterien dar, weil sie durch geringste stoffliche Änderungen in einem weiten Spektrum variieren. Ein verlässliches Kriterium ist dagegen die so genannte Strichfarbe: Sie wird sichtbar, wenn das Mineral auf einer Porzellantafel gerieben wird. Bei allen Farbvarietäten einer Mineralart bleibt die Strichfarbe stets gleich.

Die Kristallstrukturanalyse untersucht die räumliche Anordnung der Atome in Kristallen. Diese Methoden basieren auf der Beugung von Röntgen-, Elektronen und Neutronenstrahlen beim Durchgang durch Kristallgitter. Wichtige Verfahren sind jene nach Laue (Laue-Diagramm) und Debye-Scherrer.

Die mathematische, physikalische und chemische Erforschung und Untersuchung der Kristalle ist Aufgabe der Kristallographie, einem Zweig der Mineralogie.

Siehe auch Schmucksteine; Geologie; Flüssigkristall; Mineral