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Das Wort Kristall geht auf Eis zurück. Das altgriechische krystallos bedeutet Eis. Es wurde auf den durchsichtigen Bergkristall übertragen, von dem die Griechen glaubten, er entstünde bei so extremer Kälte aus Wasser, dass er niemals schmelze. Inzwischen bezeichnet Kristall einen chemisch einheitlich zusammengesetzten Körper, der von regelmäßigen, ebenen Flächen begrenzt ist. Entscheidend ist der dreidimensionale Gitteraufbau.

Kristalle sind weit häufiger als man denkt – 98 Prozent der festen Stoffe auf der Erde kommen in Kristallform vor. Allerdings sind die meisten Kristalle sehr klein. Quarzsand etwa besteht aus ungezählten kleinen Kristallen, ebenso Granit oder Marmor.

Die Alten Griechen glaubten, Bergkristall bestehe aus Wasser, das bei sehr niedrigen Temperaturen dauerhaft erstarrt sei. © Mauritius

Die Griechen glaubten, Bergkristall bestehe aus Wasser, das bei sehr niedrigen Temperaturen dauerhaft erstarrt sei.
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Ein Kristall wie andere auch – Eis. Lediglich der Schmelzpunkt unterscheidet Wasserkristalle von den meisten anderen kristallinen Stoffen. © Mauritius

Lediglich der Schmelzpunkt unterscheidet Wasserkristalle von den meisten anderen kristallinen Stoffen.
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In einem Kristall sind die Atome und Moleküle regelmäßig angeordnet. Dieser Zustand ist energetisch günstig und daher bevorzugt.

Die Form eines Kristalls spiegelt die Struktur seiner Bestandteile wider. Daher bildet ein Stoff immer eine oder mehrere ganz spezifische Kristallformen. Welche sich davon ausbildet, hängt von den Umgebungsbedingungen ab. Das bekannteste Beispiel ist Kohlenstoff. Er kommt als Graphit oder als Diamant vor – letztere Struktur bildet sich aber nur unter extrem hohem Druck und hoher Temperatur. Bei Eis gibt es nur die hexagonale Grundstruktur, das heißt, alle Eiskristalle basieren auf dem Sechseck. Dennoch gibt es verschiedene Kristallisationsformen, die aber nur bei Druck- und Temperaturverhältnissen entstehen, die in der Natur nicht vorkommen. Obwohl es normalerweise nur diese eine Kristallisationsform gibt, bilden sich die unterschiedlichsten Schneeflocken und Eiskristalle – sie bestehen aus vielen Einzelkristallen, die sich in vielfältigster Weise aneinanderlagern können.

Röntgenstrukturanalyse

1912 gelang den Münchner Physikern Max von Laue, Walther Friedrich und Paul Knipping erstmals der Beweis, dass Kristalle tatsächlich aus regelmäßig gepackten Einheiten bestehen. Sie bestrahlten einen Kristall mit Röntgenstrahlen und hielten deren Beugung auf einem Foto fest. Das entstandene regelmäßige Muster lässt sich mathematisch so auswerten, dass man damit die Kristallstruktur eindeutig beschreiben kann. Heute wird diese Methode der Kristallstrukturanalyse mit Röntgenstrahlung vielfach angewandt. Auch die Struktur komplexer Moleküle, wie etwa menschliches Eiweiß lässt sich damit aufklären.

Wie wächst ein Kristall?

Kristalle aus Stoffen, die wasserlöslich sind, lassen sich meist einfach herstellen. Man kann beispielsweise so viel Stoff im heißen Wasser lösen, bis eine gesättigte Lösung entsteht. Kühlt man diese ab, dann nimmt für viele Stoffe die Löslichkeit ab – die Lösung wird übersättigt. In einer übersättigten Lösung kann jede noch so kleine Störung als Kristallisationskeim dienen. Wenn man also in diese Lösung einen kleinen „Saatkristall“ hängt, setzen sich daran die überschüssigen Moleküle ab und der Kristall wächst.
Selbst im Haushalt lässt sich dies mit einer Zuckerlösung nachvollziehen – es entstehen die bekannten Kandiszuckerkristalle.

Kristalle im Alltag: Kandiszucker. © Mauritius

Kristalle im Alltag: Kandiszucker © Mauritius