Quelltext der Seite Kristall

{{Dieser Artikel|beschäftigt sich mit dem physikalischen Begriff. Für weitere Bedeutungen siehe [[Kristall (Begriffsklärung)]].}}
[[Datei:NaCl polyhedra.svg|mini|Abb. 1: Schema des Kristalls von Kochsalz ([[Natriumchlorid]]). In jeder Raumrichtung wechseln [[Natrium]]-Ionen (grau) regelmäßig mit [[Chlor]]<nowiki/>id-Ionen (grün) ab. Die eingezeichneten [[Oktaeder]] zeigen je ein Ion mit seinen sechs nächsten Nachbarionen. Die Kantenlänge der Oktaeder (Abstand von einem Ion zum nächsten Ion des gleichen Elements) beträgt 0,56 [[Nanometer#nm|Nanometer]].]]
Ein '''Kristall''' ist ein [[Festkörper]], dessen Bausteine – z.&nbsp;B. [[Atom]]e, [[Ion]]en oder [[Molekül]]e – regelmäßig in einer [[Kristallstruktur]] angeordnet sind. Bekannte kristalline Materialien sind [[Speisesalz|Kochsalz]], [[Saccharose|Zucker]], [[Mineral]]e und [[Schnee]] – aber auch die [[Metall]]e. Aufgrund der regelmäßigen Anordnung der Teilchen spricht man auch von ihrer [[Fernordnung]] im Kristall, die mathematisch durch die [[Translationssymmetrie]] beschrieben werden kann.

Die [[Wissenschaft]] von den Eigenschaften und Formen der Kristalle ist die [[Kristallographie]]. Eng verwandt sind die [[Metallografie|Metallographie]] und die [[Mineralogie]].

== Genauere Definition, Unterscheidungen ==
Ein Kristall ist ein [[Homogenität|homogener]] Körper, denn er ist stofflich und physikalisch einheitlich. Aber viele physikalische Eigenschaften sind von der Raumrichtung abhängig, d.&nbsp;h. ein Kristall ist [[Anisotropie|anisotrop]].<!--Achtung, das gilt auch für kubische Kristalle. Die Diagonalen haben andere Eigenschaften als die Achsen. Del45--><ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 14.</ref>

Vor 1992 wurden Kristalle über ihre [[Periodizität]] definiert: In diesem Sinne ist ein Kristall [[dreidimensional]] periodisch aus gleichbleibenden Struktureinheiten aufgebaut.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 19.</ref> Diese Struktureinheit heißt Einheitszelle oder [[Elementarzelle]].

Seit 1992 ist ein Kristall gemäß der [[International Union of Crystallography|Internationalen Kristallographischen Union]] IUCr<ref name="iucr-crystal">[http://reference.iucr.org/dictionary/Crystal „Online Dictionary“] der Internationalen Kristallographischen Union (englisch).</ref> durch seine diskreten [[Beugungsordnung]]en (bei [[Röntgenbeugung|Beleuchtung mit Röntgenstrahlen]]) definiert. Er weist also eine [[Fernordnung]] auf, ist aber nicht zwangsläufig periodisch. Diese Definition wurde durch die 1984 entdeckten [[Quasikristall]]e erzwungen, die eine Untergruppe der [[aperiodischer Kristall|aperiodischen Kristalle]] bilden. Gleichwohl bilden die periodischen Kristalle die bei weitem größte Untergruppe der Kristalle.

[[Datei:Rock salt crystal.jpg|mini|Abb. 2: [[Idiomorph]]e, annähernd würfelförmige [[Halit]]-Kristalle]]
Je nach Ausprägung der äußeren Form unterscheidet man
* unbeeinträchtigt ausgebildete, sogenannte [[idiomorph]]e ([[Griechische Sprache|altgriechisch]] ἲδιος ''ìdios'' ‚eigen‘ und μορφἠ ''morphe'' ‚Gestalt‘) Kristalle und
* [[xenomorph]]e (altgriechisch ξένος ''xénos'' ‚fremd‘ und μορφἠ ''morphe'' ‚Gestalt‘) Kristalle, deren äußere Form durch fremde [[Grenzfläche]]n bestimmt ist.

Der idiomorphe Kristall weist in seiner äußeren Form auf die jeweilige [[Kristallstruktur]] hin. Deshalb sind z.&nbsp;B. ungestört gewachsene Natriumchloridkristalle (Kochsalz, Mineral Halit) würfelförmig. Auch bei idiomorphen Kristallen liegt in der Natur meist eine gewisse Verzerrung vor, d. h. die Kantenlängen (nicht aber die Winkel) können von der Idealform deutlich abweichen (vgl. ''Gesetz der [[Winkelkonstanz]]'').

Die äußere Form eines Kristalls wird durch die voneinander unabhängigen Merkmale [[Kristallhabitus]] und [[Kristalltracht]] bestimmt. Die [[Kristallfläche]]n werden ebenso wie [[Gitterebene]]n durch [[Millersche Indizes]] beschrieben.

Kristalltypen können auch durch die Art der [[Festkörper#Bindungen|Bindung]] ihrer Bausteine unterschieden werden (z.&nbsp;B. [[ Ionenkristall]]).

Da die [[Merkmal|charakteristische]] Eigenschaft von Kristallen die regelmäßige Anordnung in allen drei [[Raum (Physik)|Raumrichtungen]] ist, sind auch Körper denkbar, deren Bausteine sich nur in einer oder zwei Raumrichtungen wiederholen. Dann lässt sich von [[1D|eindimensionalen]] und [[2D|zweidimensionalen]] Kristallen sprechen. In der Natur kommen [[Membranprotein]]e vor, die sich als zweidimensionale Kristalle in der [[Biomembran]] anordnen. Ein Beispiel ist [[Bacteriorhodopsin]].<ref>Hayato Yamashita, Kislon Voitchovsky, Takayuki Uchihashi, Sonia Antoranz Contera, John F. Ryan und Toshio Ando (2009): ''Dynamics of bacteriorhodopsin 2D crystal observed by high-speed atomic force microscopy.'' Journal of Structural Biology, Volume 167, Issue 2, Pages 153–158, {{ISSN|1047-8477}}, {{DOI|10.1016/j.jsb.2009.04.011}}.</ref> In der [[Strukturbiologie]] werden 2D-Kristalle [[Kristallzucht|gezüchtet]], um die Atompositionen der kristallisierten [[Makromolekül]]e mittels [[Elektronenmikroskop|Elektronen-Kryomikroskopie]] zu ermitteln.<ref>[[Michael G. Rossmann]], Eddy Arnold (Hrsg.): ''[[International Tables for Crystallography]] Volume F: Crystallography of Biological Macromolecules.'' Kluwer Academic Publishers, Dordrecht u.&nbsp;a. 2001, Seiten 459f.</ref>

[[Datei:Penrose Tiling (P1).svg|mini|Abb. 3: Ein zweidimensionaler Quasikristall: Die Penrose-Parkettierung wiederholt sich bei einer vollständigen Drehung fünfmal (fünfzählige Rotationssymmetrie), aber nicht bei einer Verschiebung. Sie besitzt also keine translationssymmetrische Fernordnung.]]

Außer Kristallen gibt es auch Körper, die keine innere Fernordnung haben und [[Amorphes Material|amorph]] genannt werden. Ein Beispiel ist [[Glas]] (auch sogenanntes [[Bleikristall]] und anderes [[Kristallglas]]).

Wenn eine Flüssigkeit [[Anisotropie|anisotrop]] ist und dadurch einige Eigenschaften eines Kristalls aufweist, handelt es sich um einen [[Flüssigkristall]].<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 199.</ref>

== Wortherkunft ==
Der Begriff ''Kristall'' stammt von dem griechischen Wort {{lang|grc|κρύσταλλος|krýstallos}} (zu {{lang|grc|κρύος|krýos}} „Eiseskälte, Frost, Eis“). Es bedeutet zunächst, bei [[Homer]], „[[Eis]]“&nbsp;– später dann auch alles dem Eis Ähnliche, Helle und Durchsichtige. Insbesondere der [[Quarz#Varietäten|Bergkristall]], aber auch farbige Edelsteine und Glas werden so genannt (z.&nbsp;B. bei [[Strabon]] und [[Claudius Aelianus]]).<ref>[[Wilhelm Pape]]: ''Handwörterbuch der griechischen Sprache. Griechisch-deutsches Handwörterbuch.'' 3. Auflage. Braunschweig 1914.</ref>

Bei dem bereits im [[Antike|antiken Griechenland]] betriebenen [[Bergbau]] wurden wahrscheinlich [[Quarz]]-Kristalle entdeckt. Sie wurden für Eis gehalten, das bei so tiefen Temperaturen entstanden sein müsse, dass es nicht mehr schmelzen könne. Diese Ansicht war bis ins frühe Mittelalter verbreitet. Über das [[latein]]ische ''crystallus'' (auch ''cristallus'', vor allem „Bergkristall“,<ref>Otto Zekert (Hrsg.): ''Dispensatorium pro pharmacopoeis Viennensibus in Austria 1570.'' Hrsg. vom österreichischen Apothekerverein und der Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie. Deutscher Apotheker-Verlag Hans Hösel, Berlin 1938, S. 140.</ref> und ''lapis cristallus''<ref>Wouter S. van den Berg (Hrsg.): ''Eene Middelnederlandsche vertaling van het Antidotarium Nicolaï (Ms. 15624–15641, Kon. Bibl. te Brussel) met den latijnschen tekst der eerste gedrukte uitgave van het Antidotarium Nicolaï.'' Hrsg. von Sophie J. van den Berg, [[Brill (Verlag)|N. V. Boekhandel en Drukkerij E. J. Brill]], Leiden 1917, S. 230.</ref>) hat sich die  [[althochdeutsch]]e Bezeichnung ''kristallo'' gebildet, die sich im Laufe der Zeit zu ''Kristall'' gewandelt hat.<ref name="Etym">[[Wolfgang Pfeifer (Etymologe)|Wolfgang Pfeifer]] u.&nbsp;a.: ''Etymologisches Wörterbuch des Deutschen.'' dtv, München 1995, ISBN 3-423-03358-4, S. 735.</ref> Im 19.&nbsp;Jahrhundert war auch ''Krystall'' gebräuchlich.<ref name="Winkler">Helmut G. F. Winkler: ''Hundert Jahre Bravais Gitter.'' In: ''Die Naturwissenschaften.'' Band 37, Nr. 17, 1950, S. 385–390, {{DOI|10.1007/BF00738360}}.</ref>

== Struktur und Klassifikation periodischer Kristalle ==
[[Datei:Kristall med.jpg|mini|Abb. 4: [[Chromalaun]] (KCr(SO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·12H<sub>2</sub>O) Oktaeder (2,5&nbsp;cm Kantenlänge)]]
[[Datei:Metrik Elementarzellen.png|mini|Metrik der Elementarzellen verschiedener Kristallsysteme (Längen und Winkel sind auf die Basisvektoren bezogen)]]
[[Datei:Elementarzelle Kristall.png|mini|Kubisch primitives Gitter mit der Elementarzelle und den drei Basisvektoren in blau]]
[[Datei:Kristallsysteme Metalle.svg|mini|Die häufigsten Kristallsysteme der Metalle.]]
Die Richtung und die Länge der [[Vektor]]en, um die eine Kristallstruktur verschoben werden kann, so dass sich die Atompositionen wiederholen,<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 17.</ref> beschreiben die [[Translationssymmetrie|Translations]]- oder Basisvektoren. Daher wird die Struktur jeder Kristallart mit einem eigenen, spezifischen [[Koordinatensystem]], dem ''Achsensystem'', dargestellt.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 23.</ref> Neben der Verschiebung kann eine Kristallstruktur auch gedanklich um diese Achsen gedreht werden, bis sich die gedrehte Struktur mit der ursprünglichen Struktur deckt. Weil die Translationssymmetrie erhalten bleiben muss, können nur [[Drehsymmetrie]]n vorkommen, die in einer vollständigen Drehung (360°) eine, zwei, drei, vier oder sechs Wiederholungen beschreiben. Es wird dabei von 1-, 2-, 3-, 4- oder 6-zähligen Achsen gesprochen.<ref>Siegfried Haussühl (1993): ''Kristallgeometrie.'' Weinheim Verlag, ISBN 3-527-29018-4, Seite 66.</ref> Es gibt Kristalle, die außer Drehachsen und Translationen weitere ''Symmetrieelemente'' aufweisen, nämlich [[Spiegelung (Geometrie)#Ebenenspiegelung|Spiegelebenen]] und [[Spiegelung (Geometrie)#Punktspiegelung|Inversionszentren]], sowie Kopplungen zwischen diesen Symmetrien zu [[Drehinversion]]en<ref group="Anmerkung">Drehinversionen bestehen aus Drehung und Inversion; sie werden üblicherweise mit <math>\overline{1}, \overline{2}</math> usw. gekennzeichnet.</ref>, [[Gleitspiegelung]]en<ref group="Anmerkung">Gleitspiegelungen bestehen aus Translation und Spiegelung; Symbol je nach Translationsachse <math>a, b, c</math></ref> und [[Schraubung]]en.<ref group="Anmerkung">Schraubungen bestehen aus Drehung und Translation;  z.&nbsp;B. ist <math>2_1</math> das Symbol für Rotation um 180° und Translation um halben Gittervektor</ref><ref>Werner Massa (1996): ''Kristallstrukturbestimmung'' Teubner Verlag. ISBN 3-519-13527-2, Seite 60ff.</ref>

Für die Klassifizierung von Kristallen werden die Symmetrieeigenschaften verwendet.<ref>Siegfried Haussühl (1993): ''Kristallgeometrie.'' Weinheim Verlag. ISBN 3-527-29018-4, Seite 57.</ref>  Dabei ist die Anzahl der denkbaren Kombinations- und Kopplungsmöglichkeiten von Symmetrieelementen beschränkt (siehe auch [[Gruppentheorie]]). Es gibt bei zweidimensionalen Kristallen 17 [[ebene kristallographische Gruppe]]n und bei dreidimensionalen Kristallen 230 [[kristallographische Raumgruppe]]n, die vollständig in den ''[[International Tables for Crystallography]], Vol. A'' aufgeführt sind.<ref>Theo Hahn, Hrsg. (2005): ''International Tables for Chrystallography, Volume A.'' Springer Verlag, ISBN 0-7923-6590-9.</ref><ref>Zbigniew Dauter und Mariusz Jaskolski (2010): ''How to read (and understand) Volume A of International Tables for Crystallography: an introduction for nonspecialists.'' J. Appl. Cryst. ({{ISSN|0021-8898}}), 43, 1150–1171, {{doi|10.1107/S0021889810026956}}, [https://journals.iucr.org/j/issues/2010/05/02/kk5061/kk5061.pdf online] (PDF; 3,3&nbsp;MB) abgerufen am 20. Dez. 2010.</ref>

Wird ein neuer Kristall untersucht, ist die Raumgruppe zunächst unbekannt. Bei der Beschreibung der äußeren Form des Kristalls lässt er sich nur einer von 32 [[Punktgruppe]]n (auch Kristallklassen genannt) zuordnen. Diese Punktgruppen beschreiben die makroskopischen Symmetrieeigenschaften der Kristalle und fassen diejenigen Raumgruppen zusammen, die sich nur in der Translationssymmetrie unterscheiden. Die Translation spielt bei der äußeren Betrachtung von Kristallen keine Rolle.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 67.</ref>
Weil die Winkel zwischen den Kristallflächen für jede Kristallart gleich sind und oft mit einer Rotationssymmetrie vereinbar sind (z.&nbsp;B. 90° bei Halit mit vierfacher Rotationssymmetrie), werden zur Beschreibung der [[Kristallmorphologie]] sieben [[Kristallsystem]]e verwendet, bei denen sich die Lage und relative Länge der Zellachsen unterscheiden. Ein Kristall ist je nach Zugehörigkeit zum entsprechenden Kristallsystem [[Triklines Kristallsystem|triklin]], [[Monoklines Kristallsystem|monoklin]], [[Orthorhombisches Kristallsystem|orthorhombisch]], [[Tetragonales Kristallsystem|tetragonal]], [[Trigonales Kristallsystem|trigonal]], [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal]] oder [[Kubisches Kristallsystem|kubisch]].<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 22.</ref>

[[Auguste Bravais]] klassifizierte die verschiedenen möglichen Translationsgitter. Diese Gitter bestehen aus gleichen [[Parallelepiped]]en, deren Ecken die Gitterpunkte darstellen. Um die Symmetrie von bestimmten Gittern beschreiben zu können, ließ er neben primitiven Elementarzellen (mit einem Gitterpunkt pro Zelle) auch größere Elementarzellen zu, die flächen- oder innenzentriert sind. Ein Beispiel für eine flächenzentrierte Elementarzelle ist in Abb. 5 gezeigt. Es gibt im dreidimensionalen Raum 14 [[Bravais-Gitter]].<ref name="Winkler" />
[[Datei:NaCl fcc rhom.png|mini|Abb. 5: Die kleinstmögliche Zelle im Gitter des Halits ist ein Rhomboeder (blau). Erst die flächenzentrierte Elementarzelle (schwarz) macht die kubische Symmetrie des Gitters deutlich.]]

Bei der [[Kristallstrukturanalyse]] lassen sich die Streumuster der [[Röntgenbeugung]] in elf zentrosymmetrische Punktgruppen einteilen, die [[Lauegruppe]]n oder [[Laueklasse]]n genannt werden. Denn auch bei nicht-zentrosymmetrischen Kristallstrukturen entstehen zentrosymmetrische Beugungsmuster, da die Reflexe als [[Friedelsches Gesetz|Friedelpaare]] mit normalerweise gleicher Intensität auftreten. Die Lauegruppen lassen sich demnach herleiten, indem ein Symmetriezentrum zu der Punktgruppe des Kristalls hinzugefügt wird.<ref>Theo Hahn, Hrsg. (2005): ''International Tables for Chrystallography, Volume A.'' Springer Verlag, ISBN 0-7923-6590-9, Seite 762.</ref>

Die Kristallstruktur ist nicht stoffspezifisch, das heißt eine Substanz mit bestimmter chemischer Zusammensetzung kann je nach äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur) unterschiedliche thermodynamisch stabile Strukturen besitzen. Die verschiedenen Kristallstrukturen derselben Substanz werden ''Modifikationen'' genannt; die Existenz verschiedener Modifikationen heißt [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|Polymorphie]]. Die Modifikationen stellen unterschiedliche [[Phase (Materie)|Phasen]] im Sinne der physikalischen [[Chemie]] dar, deren Stabilitätsbereiche in [[Phasendiagramm]]en dargestellt werden können. Die einzelnen Modifikationen bzw. Phasen einer Substanz werden, neben eventuell vorhandenen Eigennamen, üblicherweise mit kleinen griechischen Buchstaben durchnummeriert (beim [[Eisen]] z.&nbsp;B. α- ([[Ferrit (Phase)|Ferrit]]), γ- ([[Austenit (Phase)|Austenit]]), δ-, ε-Eisen; vgl. [[Eisen-Kohlenstoff-Diagramm]]).

== Kristallisation ==
Ein Kristall entsteht, indem Atome oder Moleküle eine regelmäßige Struktur mit Fernordnung ausbilden. In [[Einstoffsystem]]en erfolgt die [[Kristallisation]] aus einer anderen kristallisierten Phase, aus dem [[Dampf]] oder aus der [[Schmelze]]. Außerdem können sich Kristalle aus Mehrstoffsystemen bilden, nämlich aus einer [[Lösung (Chemie)|Lösung]]. Um die Kristallisation zu ermöglichen, darf der Zustand der Atome oder Moleküle kein Gleichgewicht sein. Bei Dampf und Lösungen wird von [[Übersättigung]] gesprochen, bei einer Schmelze von [[Unterkühlung (Thermodynamik)|Unterkühlung]].<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch, Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 202.</ref>

Beim Wachstum der Kristalle spielt die Geschwindigkeit eine Rolle. Bei einer Schmelze beispielsweise muss die [[Temperatur]] langsam genug unter den [[Schmelzpunkt]] sinken. Dann wird die thermische Bewegung der einzelnen Atome so gering, dass die gegenseitigen Bindungen nicht mehr durch Schwingungen aufgebrochen werden können – es kommt zur Bildung eines einheitlichen Gitters, das durch Fernordnung geprägt ist. Sinkt dagegen die Temperatur der Schmelze so schnell, dass sich die Atome nicht periodisch anordnen können, entsteht ein amorphes Material, ein [[Glas]], das nur eine [[Nahordnung]] hat. Der Kristall hat durch seine geordnete Struktur auf einem Gitter gegenüber amorphem Glas eine geringere [[freie Enthalpie]].

Die Bildung eines Kristalls ist ein [[exergon]]ischer Prozess: Zwar nimmt die [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] im System ab (wegen Zunahme der Fernordnung), bei Temperaturen bis zum Schmelzpunkt wird dies jedoch durch eine [[Enthalpie]]abnahme infolge Anziehung zwischen den Teilchen (= [[Kristallisationsenthalpie]]) überkompensiert.

Ausgangspunkt für die Kristallbildung ist ein [[Kristallisationskeim]], der bei sinkender Temperatur wächst. Existieren viele solcher Kristallkeime oder setzt die Kristallisation an mehreren Stellen gleichzeitig ein, so entsteht ein [[Polykristall]].  In vielen Fällen kommt es bei der Kristallisation zu einem Verwachsen zweier Kristalle gleicher Struktur und Zusammensetzung, aber verschiedener Orientierung im Raum ([[Kristallzwilling]]).

[[Umkristallisation]] ist die Änderung einer Kristallstruktur, bedingt durch die Änderung äußerer Faktoren wie den Druck- und Temperaturbedingungen. Hierbei wechselt der kristalline Feststoff seine [[Modifikation (Chemie)|Modifikation]].

Die künstliche Herstellung von Kristallen bezeichnet man als [[Kristallzucht]].

== Eigenschaften ==
Nichtmetallische anorganische Kristalle sind [[härte]]r, aber auch spröder. Alle Metalle erstarren im thermodynamischen Gleichgewicht im Regelfall kristallin.

Das Verhalten von [[Licht]] in Kristallen wird durch die [[Kristalloptik]] beschrieben. Wichtige hiermit verbundene Eigenschaften und Phänomene sind die [[optische Aktivität]], die [[Polarisation]], die [[Doppelbrechung]] und der [[Pleochroismus]]. Periodische [[dielektrisch]]e Strukturen, so genannte [[Photonischer Kristall|photonische Kristalle]], zeigen neuartige optische Eigenschaften.

Manche Kristalle, z.&nbsp;B. [[Quarz]]kristalle, haben [[Piezoelektrizität|piezoelektrische]] Eigenschaften. Sie bauen eine [[elektrische Spannung]] auf, wenn sie verformt werden und verformen sich, wenn elektrische Spannung angelegt wird.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, S. 267–272.</ref> Dieser Effekt wird in [[Piezofeuerzeug]]en genutzt, um [[Funke (Entladung)|Zündfunken]] zu generieren. In der [[Elektronik]] dienen piezoelektrische [[Schwingquarz]]e als [[Quarzoszillator|Taktgeber]] (z.&nbsp;B. in [[Quarzuhr]]en). Einige piezoelektrische Kristalle, jedoch nicht alle, wandeln eine Temperaturdifferenz in eine Ladungstrennung um. Diese Eigenschaft wird [[Pyroelektrizität]] genannt.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 262.</ref> Solche Kristalle werden in [[Bewegungsmelder]]n und [[Temperatursensor|Temperaturfühlern]] verwendet. Ein besonderer Fall der Pyroelektrizität ist die [[Ferroelektrisch|Ferroelektrizität]]: Bei ferroelektrischen Kristallen kann die elektrische Polarisation durch das Anlegen einer Spannung umgepolt werden.<ref>Will Kleber, Hans-Joachim Bautsch und Joachim Bohm (1990): ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, ISBN 3-341-00479-3, Seite 264.</ref>

=== Gitterfehler ===
{{Hauptartikel|Gitterfehler}}
Ein realer Kristall enthält Gitterfehler, das heißt die dreidimensional-periodische Anordnung der Atome ist gestört. Es gibt Punktfehler, Linienfehler, Flächenfehler und Volumenfehler. Punktfehler sind die einzigen Gitterfehler, die auch im [[Thermodynamisches Gleichgewicht|thermodynamischen Gleichgewicht]] vorkommen. Ein Kristall ohne Gitterfehler hätte einen Zustand minimaler [[Entropie]] und ist nach dem [[Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik|zweiten Hauptsatz der Thermodynamik]] nicht zu erreichen. Im Labor gezüchtete Einkristalle haben eine Versetzungsdichte in der Größenordnung 10<sup>3</sup> - 10<sup>5</sup> cm<sup>−2</sup>, normale Kristalle und Polykristalle von 10<sup>5</sup> - 10<sup>9</sup> cm<sup>−2</sup> und stark verformte Kristalle bis zu 10<sup>14</sup> cm<sup>−2</sup>.<ref>{{Internetquelle |autor=H. Föll et al. |url=https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/index.html |titel=Einführung in die Materialwissenschaft I |hrsg=TF der CAU Kiel |abruf=2020-10-23}}</ref> Für [[Kristalloptik|kristalloptische]] Eigenschaften sind meist Punkt und Volumenfehler charakteristisch, Linienfehler ([[Versetzung (Materialwissenschaft)|Versetzungen]]) und Flächenfehler ([[Korngrenze]]n) hingegen für die mechanischen Eigenschaften.

== Formen und Beispiele ==
=== Einkristall und Polykristall ===
Im Regelfall liegt ein kristalliner Festkörper als [[Polykristall]] und nicht als [[Einkristall]] vor, das heißt, er besteht aus vielen kleinen Kristallen ([[Kristallit]]en), die durch [[Korngrenze]]n voneinander getrennt sind. Zum Beispiel sind Metallgegenstände, Drähte usw. in aller Regel Polykristalle. Besteht ein Körper aus verschiedenen Kristall''arten'', so heißen die Grenzflächen zwischen ihnen [[Phasengrenze]]n.

=== Mineralien ===
Viele Minerale sind in der Lage, eine Vielfalt an Kristallformen und Farben auszubilden. Bekannteste Beispiele sind zum einen der [[Quarz]], dessen Ausbildungsformen den ganzen Bereich von makrokristallin-farblos (''Bergkristall'') bis mikrokristallin-buntfarbig ([[Achat]]) abdeckt und zum anderen der [[Calcit]] mit ähnlichem Reichtum an [[Varietät (Mineralogie)|Varietäten]].

Die weltweit größten Kristalle wurden 2000 in der [[Mine von Naica]] entdeckt. Sie bestehen aus der Gipsart [[Marienglas]], sind bis 14&nbsp;m lang<ref>[https://www.geo.de/GEO/natur/56944.html?p=2&pageview=&pageview= GEO Magazin Nr. 05/08. ''Höhlenforschung: In der Kammer der Kristallriesen'', S. 2 von 4].</ref> und wiegen bis zu 50 Tonnen.

Der [[Diamant]], eine kristalline [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|Modifikation]] des [[Kohlenstoff]]s, ist das härteste natürlich vorkommende Mineral und markiert als Referenzmineral das obere Ende der 10-stufigen [[Mohshärte|Härteskala nach Mohs]]. Auch [[Silizium]] kristallisiert in der [[Diamantstruktur]], ist aber mit einer Mohshärte von 6,5 dennoch viel weicher als Diamant. [[Graphit]] als zweite Modifikation von Kohlenstoff liegt mit einer Mohshärte von 1 bis 2 am unteren Ende der Härteskala.

<gallery mode="packed" heights="150">
Datei:Riesenkristall.jpg | Farbloser Bergkristall
Datei:Quartz - Agateplate, redbrown-white.jpg | Buntfarbiger Achat
Datei:Cristales cueva de Naica.JPG | Gips-Kristalle in der Mine von Naica. Man beachte die Person für den Größenvergleich
Datei:Diamond and graphite without structures.jpg | Diamant und Graphit unterscheiden sich nur durch ihr Kristallsystem
</gallery>

=== Technische Anwendungen ===
Silizium ist zurzeit der Stoff, der am häufigsten in großen Mengen als Einkristall (Monokristall) verwendet wird, nämlich in der [[Halbleitertechnik]]. Heute üblich sind 30 cm Durchmesser des zylindrischen aus der Schmelze „gezogenen“ Kristalls, ein Verfahren, das auf [[Jan Czochralski]] um 1916 zurückgeht. Das ebenfalls als Halbleiter verwendete [[Galliumarsenid]] (GaAs) weist die so genannte [[Zinkblende]]-Struktur auf.

Die Nanotechnologie befasst sich unter anderem mit [[Nanokristall]]en.

Kleine Kristalle von Diamant, Korund, Siliziumkarbid dienen in Suspension, lose oder gebunden als Schleifmittel, einzelne Diamanten auch als Schneidewerkzeug.

Piezokristalle können Mikrophon oder Lautsprecher, Kraftsensor oder Aktuator sein.

Durch Umkristallisieren werden Präparate in Chemiefabriken gereinigt.

Nicht erwünscht ist Kristallisation jedoch bei der Herstellung von Glas. In der Metallherstellung strebt man meist möglichst feine Kristallite oder feines Korn an.

=== Organische Kristalle ===
Auch organische Stoffe, z.&nbsp;B. [[Zucker]] und [[Protein]]e, bilden Kristalle – letztere allerdings nur in Ausnahmefällen. Zum Beispiel befinden sich in den [[Peroxisom]]en der Pflanzen [[Katalase]]-Kristalle, die sich durch [[Elektronenmikroskopie]] sichtbar machen lassen.<ref>Elmar Weiler, Lutz Nover: ''Allgemeine und molekulare Botanik.'' Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York 2008, ISBN 978-3-13-147661-6, Seite 73, Abb. 2.21 und Seite 327, Abb. 10.8.</ref> Das [[Enzym]] Katalase ist ein Eiweiß (Protein). Die [[Proteinkristallographie]] beschäftigt sich mit der Kristallzucht aus Proteinen zur [[Kristallstrukturanalyse|Strukturanalyse]].

=== Kolloide ===
[[Kolloide]] bilden typischerweise [[Parakristall]]e, weil nicht alle Bausteine identisch sind, die Bausteine selbst typischerweise anisotrop sind und weil starke und schwache Bindungen zwischen Atomen und Atomgruppen koexistieren. [[Dispersität|Monodisperse]] [[harte Kugel|harte-Kugel]]-Suspensionen können andererseits Kristalle bilden, weil die Bausteine alle identisch und isotrop sind.

== Literatur ==
* Walter Borchardt-Ott: ''Kristallographie.'' Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-43964-1.
* Dorothy G. Bell: ''Group Theory and Crystal Lattices.'' In: ''Review of Modern Physics.'' Band 26, Nr. 3, 1954, S. 311.
* [[Charles Kittel]]: ''Einführung in die Festkörperphysik.'' Oldenbourg, München 2002, ISBN 3-486-27219-5.
* [[Will Kleber]], [[Hans-Joachim Bautsch]], [[Joachim Bohm (Kristallograph)|Joachim Bohm]]: ''Einführung in die Kristallographie.'' Verlag Technik, Berlin 1998, ISBN 3-486-27319-1.
* Werner Massa: ''Kristallstrukturbestimmung.'' Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0649-9.
* Ulrich Müller: ''Anorganische Strukturchemie.'' Teubner, Wiesbaden 2004, ISBN 3-519-33512-3.
* Lesley Smart, Elaine Moore: ''Einführung in die Festkörperchemie.'' Vieweg, Wiesbaden 1997, ISBN 3-528-06773-X.
* Robert F. Symes und R. R. Harding: ''Edelsteine & Kristalle. Geheimnisvolle Schätze der Erde ; Aussehen, Entstehung, Bearbeitung.'' Gerstenberg Verlag, Hildesheim 1991, ISBN 3-8067-4560-9.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Crystals|Kristalle|audio=1|video=1}}
* [[Mineralienatlas:Kristall]] (Wiki)
* [http://www.mineralogie-erleben.de/ Informationen über das Kristallsystem und Kristallsynthese]
* [https://www.mineralien-basel.ch/ Alpine Mineralien – Kristall]
* Verena Tang: [https://www.spektrum.de/news/festkoerperforschung-kristalle-wachsen-anders-als-gedacht/2206719 ''Kristalle wachsen anders als gedacht''] in [[Spektrum.de]] vom 9. Februar 2024

== Anmerkungen ==
<references group="Anmerkung" />
== Einzelnachweise ==
<references />

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[[Kategorie:Kristallographie]]