Was ist ein Kristall?

Experimente:
Versuchsgruppe 2: Kristallwachstum
Versuch: Zinngeschrei und Schwefelknistern
Versuch: Überprüfung des Gesetzes der Winkelkonstanz
Versuch: Kristallwachstum aus unterkühltem Mineralwasser


Die Bedeutung des Wortes 'Kristall' (griech. 'krystallos' = Eis) leitet sich aus der Antike ab. Früher glaubten die Menschen, der Bergkristall sei sehr altes, zu Stein gewordenes Eis. Noch lange Zeit meinte man mit "Kristall" ausschließlich den Bergkristall. Erst durch die Arbeiten von Nikolaus Steno um 1669, der Kristalle genauer untersuchte und die Gesetzmäßigkeiten (vor allem die Winkelkonstanz) ihres Aufbaus erkannte, wurde der Begriff verallgemeinert.

Bild 1: Eiskristall Bild 2: Bergkristall (Foto: Daggi)


Ein Kristall ist ein natürlich gewachsener, stofflich einheitlicher Festkörper mit einer regelmäßigen räumlichen Struktur seiner Atome, Moleküle oder Ionen. Charakteristisch für jede Kristallart ist ihre Form, die durch ebene Flächen, scharfe Kanten und konstante Winkel bestimmt ist, sowie die Symmetrie ihrer Körper.

Bild 3: Pyrit-Oktaeder
(Foto: Daggi)


Du lernst schon früh im Chemieunterricht, dass die Eigenschaften der Stoffe von der Form, in der sie vorliegen, unabhängig sind. Das gilt nicht für die Formen der Kristalle: Denn dies ist die einzige charakteristische Stoffeigenschaft, bei der die Form, in der der betreffende Stoff vorliegt, die zentrale Rolle spielt.

Das äußere gleichförmige Erscheinungsbild von Kristallen - die Kristallform - beruht auf der Symmetrie der Flächen und Kanten. Unter idealen Bedingungen wächst ein und dieselbe Kristallart immer zur gleichen Form heran. Allerdings ist jeder Kristall nach seiner Form ein Individuum. So gibt es keine zwei Schneesterne, die sich völlig gleichen. Die Vielfalt kannst du aber auch anhand einer Tüte mit Kandiszucker ("Kluntjes") studieren (Bild).

Bild 4: Vielfalt von Kandiszucker-Kristallen
(Foto: Daggi)


Dennoch haben alle Kristalle einer Art einiges gemeinsam: Die relative Lage der Flächen zueinander, bestimmt durch die Winkel. Diese Regelmäßigkeit kannst du leicht überprüfen (-> Versuch). Für einen Kristall ist der Winkel zwischen den entsprechenden Flächen immer gleich groß, unabhängig von der Form des jeweiligen Kristalls. Jeder Kristall hat also eine bestimmte Kristallform, anhand derer du ihn eindeutig bestimmen kannst. Dazu kommen noch weitere, allgemeine und spezielle Kristalleigenschaften.

Grund für die bestimmten äußeren Eigenschaften ist, dass ein und dieselbe Sorte eines Kristalls das gleiche Kristallgitter besitzt. Hierbei handelt es sich um die dreidimensional-periodische Anordnung von Teilchen im Inneren des Kristalls. Du kannst sogar hören, dass feste Materie aus Kristallen aufgebaut ist (-> Versuch).

Nicht nur die Natur bringt diese kristallinen Schönheiten hervor, auch du kannst selbst Kristalle züchten. Denn Kristalle wachsen unter den verschiedensten Bedingungen. Beispiele sind Sublimation, Wachstum aus Schmelzen sowie aus Lösungen (-> Versuchsgruppe 2). Dieser exotherme Vorgang heißt Kristallisation.
Oft wachsen Kristalle aus unterkühlten Lösungen oder Schmelzen. Wie einige Experimente der Versuchsgruppe 2 zeigen, kann es dabei zu blitzartigem Kristallwachstum kommen. Hierbei geht stets ein metastabiler Zustand in einen energetisch günstigeren, stabilen Zustand über. Auslöser sind z. B. Kratzen an der Glaswand zur Schaffung rauer Kristallisationsstellen, Einwurf von Impfkristallen oder das Perlen von Gasblasen beim Öffnen einer unterkühlten Mineralwasserflasche (-> Versuch).

Du solltest wissen, dass der Geologe zwischen Gesteinen und Mineralien unterscheidet. Ein Mineral ist stofflich einheitlich; ein oder viele Mineralien bilden Gesteine. Beispiel: Die Mineralien Feldspat, Quarz und Glimmer bilden das Gestein Granit. In der Natur gibt es auch Feststoffe, deren äußeres Erscheinungsbild zwar aussieht wie das eines Kristalls, deren Wachstum aber nicht zu der inneren Ordnung von Kristallen führt. Als Beispiel sind hier die Basaltsäulen zu nennen.

Wenn du selbst Kristalle und Mineralien suchen möchtest, musst du gar nicht weit reisen, um sie zu finden. Oft musst du nur einmal vor deiner eigenen Haustür schauen. Dabei brauchst du nicht tief zu graben. In Norddeutschland gibt es seit der Eiszeit auf den Feldern schöne Mineralien und Gesteine aus Skandinavien zu finden. Mit den richtigen Hilfsmitteln und ein wenig Übung kannst du dann selbst zum Hobbygeologen werden.


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Letzte Überarbeitung: 28. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek