Kristall

Kristall ist das griechische Wort "krystallos" und bedeutet Eis.

Ein Kristall ist ein natürliches Gebilde, das von regelmäßig angeordneten Ebenen begrenzt wird, in seinem Material homogen ist und dessen Form und Material in enger gesetzlicher Beziehung zueinander stehen. Zunächst wurde der Begriff nur auf Quarzkristalle angewandt, die durch die Feuer des Himmels am stärksten verfestigtes Wasser gewesen wären, später wurde die Bedeutung jedoch auf alle Arten von Kristallen übertragen.

Ein Kristall wird gebildet, indem Materieteilchen nach einer bestimmten Regel nebeneinander angeordnet werden.

Dazu braucht es Raum und Zeit. Daraus folgt, dass eine Kristallisation nicht aus einem festen Zustand heraus erfolgen kann, sondern nur aus einem gasförmigen oder flüssigen Zustand, und auch nur dann, wenn der gasförmige oder flüssige Zustand genügend Zeit hat, dass sich seine beweglichen Teilchen in Form eines Kristalls anordnen können.

Kristalle können durch Sublimation gebildet werden, d. h. der Dampf des Materials kühlt ab, kondensiert und erstarrt zu Kristallen.
Kristalle können auch durch die Wechselwirkung zweier Gase oder Dämpfe entstehen, die einen neuen Stoff bilden, der sich in Form eines Kristalls ablagert. In der Natur bilden sich Kristalle auf beide Arten, vor allem in vulkanischen Gebieten, aus Dämpfen und Gasen, die aus den Tiefen der Erde aufsteigen.

Eine Möglichkeit, aus dem flüssigen Zustand zu kristallisieren, ist die Ausfällung aus der Lösung durch Verdampfung des Lösungsmittels, die andere die Ausfällung aus der Schmelze durch Abkühlung.

Die Kristallisation kann auch durch die Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenen geschmolzenen Substanzen oder durch das Einbringen einer Substanz in eine Lösung erfolgen, die die gelöste Substanz ausfällt und zum Auskristallisieren zwingt.

Der Kristall kann im selben Material weiterentwickelt werden, weil auf den bereits entwickelten Schichten neues Material abgeschieden wird, d. h. die Schichten werden parallel zu sich selbst etwa nach außen verschoben. Kristalle isomorpher Verbindungen (z. B. Alaunsalze) können in der Lösung des anderen weiter gezüchtet werden. Das Wachstum der Kristalle ist in den meisten Fällen nicht in alle Richtungen gleich, also nicht auf allen Blättern, weil die meisten Kristalle verzerrt sind oder nur die Vase entsteht. Egal wie verzerrt ein Kristall ist, der Neigungswinkel seiner Flächen zueinander bleibt unverändert und wird daher bei der Untersuchung des Kristalls vorrangig berücksichtigt. Der Neigungswinkel wird mit einem Kryometer und einem Goniometer gemessen.

In der Natur bildet sich ein Kristall entweder durch freies Wachstum in alle Richtungen in einem beweglichen Medium (Gas, Lösung oder Schmelze) oder durch Wachstum auf einer festen Unterlage, wo er nur am freien Ende wachsen kann. Im ersten Fall spricht man von einem eingewachsenen Kristall, im zweiten Fall von einem erwachsenen Kristall. Gewachsene Kristalle bilden sich in komplexen kristallinen Gesteinen als deren Bestandteile, erwachsene Kristalle bilden sich in Hohlräumen oder Rissen im Gestein. In den meisten Fällen sind die eingewachsenen Kristalle an beiden Enden gleich entwickelt, und nur selten sind die beiden Enden unterschiedlich entwickelt. Solche Kristalle werden als halbkugelförmige oder hemimorphe Kristalle bezeichnet.

Die Größe der Kristalle hängt von den spezifischen Eigenschaften des zu kristallisierenden Materials ab.

Die Kristalle der meisten Stoffe sind mit bloßem Auge deutlich zu erkennen, aber einige Stoffe sind nur mit dem Mikroskop zu sehen und werden als Mikrolite und, wenn sie etwas größer sind, als Kristallite bezeichnet. Werden die Kristalle in einer Lösung oder Schmelze am freien Wachstum gehindert oder steht ihnen nicht genügend Zeit zum Wachsen zur Verfügung, so bilden sich nur einige Kristallflächen, nicht aber die allseits durch Ebenen begrenzten Formen aus. Solche Mineralmassen werden als kristallin bezeichnet, z. B. Marmor oder die meisten vulkanischen Gesteine.

Die große Mehrheit der Materialien kann kristallisieren, und es gibt relativ wenige Materialien, die in einem amorphen Zustand erstarren. Die Vielfalt der Materialien bedeutet, dass auch die Anzahl der Kristalle sehr groß ist. Wenn alle Schichten eines Kristalls gleich sind, spricht man von einem Einkristall, bei mehreren Schichten von einer Kristallkombination. Die meisten Kristalle sind Kristallkombinationen und relativ wenige sind Einkristalle.

Trotz dieser großen Vielfalt lassen sich die Kristalle in einige wenige Gruppen (Systeme) einteilen.

Viele Kristalle, durch deren Zentrum eine gerade Linie (imaginäre Achse) gelegt wird, überlappen sich bei einer Drehung um die Achse (Symmetrieachse) vollständig mit sich selbst, oder der Kristall kann durch eine durch sein Zentrum gelegte Ebene in zwei (spiegelbildliche) symmetrische Hälften (Symmetrieebene) geschnitten werden. Wenn die beiden Enden der Symmetrieachse nicht gleich weit voneinander entfernt sind, ist die Symmetrieachse polar.

Nach der Anzahl der Symmetrieebenen und Achsen werden 32 Kristallklassen unterschieden, die in der Regel in die folgenden 6 Kristallsysteme eingeteilt werden:

1. Asymmetrisches (dreifach verzweigtes, triklines) Kristallsystem: Es hat keine einzige Symmetrieebene.
2. Ein monosymmetrisches (monoklines, einfächriges) Kristallsystem: Es hat eine einzige Symmetrieebene, auf der die einzige Symmetrieachse senkrecht steht.
3. Rhombisches Kristallsystem: Es hat drei senkrechte Symmetrieebenen, die sich auf drei senkrechten Linien entlang der drei Symmetrieachsen schneiden.
4. Quadratisches (tetragonales) Kristallsystem: Es hat 5 Symmetrieebenen, die 4 vertikalen Untersymmetrieebenen sind 45°-45° voneinander entfernt und schneiden sich auf der vertikalen Hauptachse, die fünfte (die Hauptsymmetrieebene) ist senkrecht zu den ersten vier, d.h. horizontal.
5. Sechseckiges (hexagonales) Kristallsystem: Es hat 7 Symmetrieebenen, die sechs so genannten Seitensymmetrieebenen schneiden sich auf der vertikalen Hauptachse und sind 30°-30° voneinander entfernt, die horizontale Hauptsymmetrieebene steht senkrecht zur ersten.
6. Regelmäßiges (tesseliertes) Kristallsystem: Es hat 9 Symmetrieebenen, die drei Symmetrieebenen stehen senkrecht zueinander, und die 6 Untersymmetrieebenen halbieren die von den drei Hauptsymmetrieebenen gebildeten rechten Winkel.

Innerhalb der sechs Kristallsysteme sind die Kristallklassen weiter nach Symmetriebeziehungen gegliedert und umfassen insgesamt 32 Kristallklassen.

Jede geometrische Symmetrieebene ist auch eine Symmetrieebene in Bezug auf die anderen physikalischen Eigenschaften. Besonders auffällig ist dies bei der Spaltung, dem optischen Verhalten sowie den thermischen und elektrischen Eigenschaften. In Bezug auf Elektrizität gibt es gute und schlechte Leiter. Schlechte Leiter sind Quarz und Schwefel, in denen Elektrizität (Pyroelektrizität) durch Reibung, Druck usw., vor allem aber durch Erwärmung und Abkühlung angeregt werden kann. Wenn der Kristall makellos ist, folgt die Verteilung der Elektrizität der Symmetrie, mit gleicher Ladung an den gleichwertigen Enden und entgegengesetzten Ladungen an den beiden Enden der hemimorphen Symmetrieachsen. Das Ende des Kristalls, das beim Erhitzen eine positive Ladung erhält, wird beim Abkühlen negativ und vice versa.

Wird der Kühlkristall mit einer Mischung aus feinem Aluminium- und Schwefelstaub bestreut, so weist der negative Pol rotes Aluminium und der positive Pol gelben Schwefelstaub auf. Auf diese Weise können oft versteckte Zwillingsverbindungen entdeckt werden. Die Leitfähigkeit hängt auch mit der Symmetrie zusammen, wobei die Leitfähigkeit in gleichwertigen Richtungen gleich und in Richtungen mit unterschiedlichen Werten unterschiedlich ist, aber diese Unterschiede sind normalerweise gering. Die Leitfähigkeiten von chemisch isomeren und physikalisch allotropen Körpern sind sehr unterschiedlich, während sie sich bei isomorphen Körpern kaum unterscheiden.

Im Hinblick auf die thermischen Eigenschaften ist besonders hervorzuheben, dass die Körper in einem regelmäßigen System in alle Richtungen gleichmäßig verteilt sind. Bei den anderen Systemen variiert die Ausdehnung in verschiedene Richtungen, so dass die von den Platten gebildeten Winkel auch in gewissem Maße von der Temperatur abhängen. Die Symmetrie ändert sich jedoch nicht mit steigender Temperatur, und parallele Platten und Kanten bleiben parallel.

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