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Kristalle

Kristalle sind Festkörper, deren Bestandteile wie Atome und Moleküle eine eindeutige und sich in alle Richtungen wiederholende innere Ordnung zeigen.

synonym: Crystals

Definition und Eigenschaften

Als Kristalle werden in der Chemie Festkörper bezeichnet, deren Bestandteile wie Atome und Moleküle eine eindeutige und sich in alle Richtungen wiederholende innere Ordnung zeigen. Sie verfügen über ein charakteristisches Kristallgitter. Eine Metapher für Kristalle sind aufgetürmte Orangen im Supermarkt.

So ist beispielsweise im Kochsalz (Natriumchlorid) jedes Natrium- und Chloridion von jeweils sechs Gegenionen umgeben, woraus ein Oktaeder resultiert. Natriumchlorid bildet im Mineral Halit würfelförmige Kristalle aus.

Nicht alle Festkörper sind Kristalle – nicht dazu gehören zum Beispiel Textilien, Holz, Papier und Lebensmittel.

Kristalle, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki

Viele Substanzen sind keine echten und homogenen Kristalle (Einkristalle), sondern sogenannte Polykristalle, welche aus vielen Einzelkristallen aufgebaut sind. Dies gilt zum Beispiel für Eis und für Metalle. Kristalle haben oft keine ideale Struktur und weisen kleinere oder grössere sogenannte Defekte und Unreinheiten auf. So stammt beispielsweise die Farbe des Amethysts von Eisenatomen, die in anstelle von Siliciumatomen im Siliciumdioxid (Quarz) enthalten sind.

Kristalle aus der Natur werden als Edelsteine seit Jahrtausenden als Schmuck, Glücksbringer und Wertgegenstände verwendet. So zum Beispiel Rubine, Saphire, Diamanten, Smaragde, Opale, Rosenquarz und Malachit. In der Alternativmedizin werden sie auch für die Therapie von Krankheiten eingesetzt.

Festkörper, die auf mikroskopischer Ebene keine Fernordnung zeigen, werden als amorph bezeichnet. Typische Beispiele sind Glas und viele Substanzen, die schnell kristallisiert werden.

In Kristallen lassen sich die verschiedenen chemischen Bindungsarten finden, also beispielsweise ionische, kovalente und metallische Bindungen. Auch intermolekulare Wechselwirkungen spielen eine Rolle. Diese Bindungen und die Eigenschaften der Atome sind der Grund für die mikro- und makroskopische Struktur.

Kristallisation

Der Prozess der Kristallbildung wird als Kristallisation bezeichnet. Kristalle können aus der Gasphase, aus einer Lösung und aus einer Schmelze gewonnen werden. In der Natur bilden sich Kristalle zum Beispiel, wenn sich Lava oder Magma abkühlt oder wenn Mineralien aus einer Lösung abgelagert werden. Physikalische Einflussfaktoren wie beispielsweise die Temperatur, der Druck und die Löslichkeit spielen dabei eine wichtige Rolle. Als biogene Kristalle werden Kristalle bezeichnet, die von Lebewesen gebildet werden. Das Mineral Calcit (Calciumcarbonat) entsteht zum Beispiel durch Ablagerungen mariner Organismen. Die Kristallisation ist auch für chemische Synthesen sehr bedeutsam. Viele pharmazeutische Wirkstoffe liegen als Rohstoffe kristallin vor.

Experimente mit Kristallen

Kristalle wachsen zu lassen, ist ein beliebtes Experiment. Dazu werden häufig die folgenden Substanzen eingesetzt:

In der Regel wird mithilfe von Wärme eine gesättigte oder übersättigte Lösung hergestellt. Beim Abkühlen kristallisieren die Solute zum Beispiel an einem Faden oder an einem Holzstab langsam aus.

Literatur

Fachliteratur
Lehrbücher der Chemie

Autor

Interessenkonflikte: Keine / unabhängig. Der Autor hat keine Beziehungen zu den Herstellern und ist nicht am Verkauf der erwähnten Produkte beteiligt.