Grundtypen der Kristallstruktur
Beschreibung
Das Verständnis der Anordnung der Atome in einem Kristall ist von grundlegender Bedeutung für das Studium der Materialwissenschaften. Kristallstrukturenbestimmen viele der physikalischen Eigenschaften von Materialien, darunter ihre Festigkeit, Leitfähigkeit und optischen Eigenschaften. In diesem Blogbeitrag geht es um die verschiedenen Arten von Kristallstrukturen und das Konzept desGitters.
Arten von Kristallstrukturen
Kristalle können aufgrund ihrer atomaren Anordnung in verschiedene Typen eingeteilt werden. Zu den gängigsten Klassifizierungen gehören:
Kubisches Kristallsystem
Das kubische System ist eine der einfachsten und symmetrischsten Kristallstrukturen. Es weist drei gleiche Achsen auf, die sich im rechten Winkel schneiden.
Tetragonales Kristallsystem
Im tetragonalen System sind zwei Achsen gleich lang, während die dritte Achse länger oder kürzer ist, wobei zwischen ihnen ein 90-Grad-Winkel besteht.
Orthorhombisches Kristallsystem
Das orthorhombische System besteht aus drei Achsen unterschiedlicher Länge, die sich alle im rechten Winkel schneiden.
Hexagonales Kristallsystem
Sechseckige Kristalle haben vier Achsen: drei in derselben Ebene im Winkel von 120 Grad zueinander und eine senkrecht zur Ebene.
Trigonales Kristallsystem
Ähnlich wie das hexagonale System weist das trigonale System drei Achsen in einer Ebene auf, unterscheidet sich jedoch in der Symmetrie und der Anordnung der Atome.
Das Gitter in Kristallstrukturen
Ein Gitter ist eine sich wiederholende dreidimensionale Anordnung von Punkten im Raum, die die Positionen der Atome in einem Kristall darstellen. Das Gitter bildet das Gerüst, auf dem die Kristallstruktur aufgebaut ist. Das Verständnis des Gitters ist entscheidend für die Bestimmung der Eigenschaften des Materials.
Einheitszelle
Die kleinste sich wiederholende Einheit eines Gitters wird als Einheitszelle bezeichnet. Sie bestimmt die Symmetrie und Struktur des gesamten Kristalls.
Bravais-Gitter
Es gibt 14 verschiedene Bravais-Gitter, die jeweils eine einzigartige Kombination von Gitterparametern und Symmetrien im dreidimensionalen Raum darstellen.
Koordinationszahl
Die Koordinationszahl bezieht sich auf die Anzahl der nächsten Nachbaratome, die ein Zentralatom im Gitter umgeben. Sie beeinflusst die Stabilität und die Bindungseigenschaften des Kristalls.
Vergleich der Kristallstrukturen
|
Kristallsystem |
Anzahl der Achsen |
Achsenlängen |
Winkel zwischen den Achsen |
|
Kubisch |
3 |
Gleich |
90° |
|
Tetragonal |
3 |
Zwei gleich, einer unterschiedlich |
90° |
|
Orthorhombisch |
3 |
Alle unterschiedlich |
90° |
|
Hexagonal |
4 |
Drei gleich, einer anders |
120° in der Ebene, 90° vertikal |
|
Trigonal |
3 |
Alle gleich oder verschieden |
120° in der Ebene, 90° senkrecht |
Häufig gestellte Fragen
Wodurch wird die Art der Kristallstruktur eines Materials bestimmt?
Die Art der Kristallstruktur wird durch die Größe, die Ladung und die Bindungspräferenzen der Atome oder Ionen, die den Kristall bilden, bestimmt. Diese Faktoren beeinflussen, wie sich die Atome anordnen, um die stabilste Konfiguration zu erreichen.
Wie wirkt sich das Gitter auf die Eigenschaften eines Materials aus?
Das Gitter bestimmt die Symmetrie und die Abstände der Atome innerhalb des Kristalls, was sich wiederum auf Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Härte und optisches Verhalten auswirkt.
Kann ein einzelnes Element verschiedene Kristallstrukturen bilden?
Ja, viele Elemente können unter unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen in verschiedenen Strukturen kristallisieren. So kann Kohlenstoff beispielsweise sowohl Diamant als auch Graphit bilden, die unterschiedliche Kristallstrukturen und Eigenschaften aufweisen.
Warum sind Diagramme bei der Untersuchung von Kristallstrukturen wichtig?
Diagramme bieten eine visuelle Darstellung der atomaren Anordnung und erleichtern so das Verständnis und die Analyse der Symmetrie, der Bindungen und der Gesamtgeometrie des Kristalls.
Was ist die Bedeutung der Einheitszelle in einem Kristallgitter?
Die Einheitszelle ist der Grundbaustein eines Kristallgitters. Durch Wiederholung der Einheitszelle in drei Dimensionen wird die gesamte Kristallstruktur gebildet. Das Verständnis der Einheitszelle hilft bei der Vorhersage der Eigenschaften und des Verhaltens des Materials.
