Experimente:
Versuch: Kristallisation von Citronensäure

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Bild 1: Citronensäure-Kristalle (Foto: Daggi)		Abgestumpfte rhombische Doppelpyramide

Citronensäure (genau genommen ihr Monohydrat) ist ein Festkörper. Ihre sterische Geometrie ermöglicht die Ausbildung vieler intermolekularer Wasserstoffbrückenbindungen, die den Aufbau eines relativ festen Molekülgitters zur Folge haben. Citronensäure bildet deshalb Kristalle, die zum rhombischen Kristallsystem gehören. Ihre Kristallklasse ist die einer dreiachsigen, rhombischen Dipyramide. Diese Pyramide ist abgestumpft, d. h. ihre Spitzen sind (wie das Bild oben zeigt) abgeschnitten. Gleiche Kristalle bilden auch Schwefel, Aragonit und Markasit, die instabile Modifikation von Pyrit FeS₂.

Wenn man die Citronensäure aus verdünnteren wässrigen Lösungen (w = 5 %) auskristallisieren lässt, bildet sie glasige, feine eisblumenartige Formen aus. Bei konzentrierteren Lösungen beobachtet man die Bildung von Kristallsonnen (-> Bild). Diese kennt man auch vom Markasit.

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Bild 2: Kristallsonnen von Citronensäure (Foto: Daggi)

Kristalle erscheinen im polarisierten Licht farbig
Betrachtet man Kristalle von Zitronen- oder Ascorbinsäure im polarisierten Durchlicht, so erkennt man, dass sie entweder dunkle und helle Bereiche zeigen oder sogar in den herrlichsten Farben leuchten. Wie kommt das?
Polarisiertes Licht (zum Beispiel mit einem Nicol-Prisma aus doppelbrechendem Kalkspat hergestellt) schwingt nur in einer Ebene. Man vergleicht es gern mit einem schwingenden Seil. Dessen Schwingung kann man mit einem schräg oder quer liegenden Gitter ausbremsen.
Legt man einen Kristall in den polarisierten Lichtstrahl, so wirkt das Kristallgitter als Bremse, wenn es entsprechend aufgebaut ist. Der Durchgang des Lichts wird eingeschränkt oder verhindert. Der Kristall erscheint deshalb dunkel bis schwarz. Man kann das schön zeigen, indem man einen dicken Kristall wie den der Citronensäure im polarisierten Licht dreht. Er ändert dabei seine Helligkeit. Das ist auf die Anisotropie der Kristallgitter zurückzuführen.
Wenn der Kristall sehr dünn ist (wie z. B. die aus 1%iger Lösung gezüchteten "Eisblumen" der Citronensäure; -> Versuch), so erkennt man statt Hell-Dunkel die eingangs erwähnten prächtigen Farben. Das liegt daran, dass das eben geschilderte Phänomen von der jeweiligen Wellenlänge des Lichts abhängt. Die Abdunklung betrifft immer je nach Aufbau des Kristallgitters nur wenige Farbanteile des normalerweise eingestrahlten weißen Lichts. Der Rest addiert sich zu den prächtigen Interferenzfarben des Kristalls. Die Farben ändern sich übrigens auch, wenn man den Kristall oder die Prismen dreht.

Bild 3: Citronensäure-Kristalle in polarisiertem Licht (Foto: Dr. Martin Büchner, Spenge)

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