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Kristalle

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Cuprit-Kristalle
Bildbreite: 4 mm
Fundort: Grube Clara, Schwarzwald
Sammlung u. Foto: Stephan Wolfsried

Kristalle sind einheitlich zusammengesetzte feste Körper, die idealerweise von regelmäßig angeordneten ebenen Flächen begrenzt sind. Viele Mineralien bilden aufgrund ihrer inneren Struktur solche Formen aus. Die Kristallform der Kristalle ist von Ihrer chemischen Zusammensetzung und der Gitterstruktur abhängig.

Ein Kristall lässt sich somit durch einige Merkmale von anderen Stoffen abgrenzen:

  • Er ist aus homogenen Bausteinen, also Atomen, Ionen oder Atomgruppen, aufgebaut
  • Ein Kristall hat anisotrope Eigenschaften, die seiner Symmetrie unterliegen. So kann z.B. die Wärmeleitfähigkeit, die Brechzahl, die Spaltbarkeit stark richtungsabhängig sein. Aber die Größe, z.B. Wärmeleitfähigkeit, muss in einer Richtung mit der gleichen Kristallsymmetrie wieder den gleichen Wert haben.

Kristalle sind somit der sichtbare Ausdruck einer inneren Welt aus räumlichen Symmetrien. Man kann an ihnen von außen feststellen, nach welchen Prinzipien sie innen gebaut sind. Sie werden dadurch zu Fenstern in die Gitterwelt der Atome und Moleküle. Alle Eigenschaften der Kristalle spiegeln diese Ordnung wieder! Diese Ordnung offenbart ein neues Merkmal der Kristalle, die Möglichkeit der Gittertranslation. In einem Kristall kann man entlang der Gitterrichtungen um ein Vielfaches der Gitterabstände laufen und kommt immer wieder an einen Punkt (z.B. Atom) mit der gleichen Umgebung und von der gleichen Art.

Gesteine, die aus Kristallen oder Kristallfragmenten bestehen, wie zum Beispiel metamorphe Gesteine, die unter hohen Temperaturen oder hohem Druck rekristallisieren, oder vulkanisches Gestein, das beim Abkühlen aus der Schmelze entstand, werden als kristallin bezeichnet.

Die Kristallform, die Symmetrie und die sich darin widerspiegelnden Eigenschaften des Kristalls sind wichtige Bestimmungsmerkmale für Mineralien.

Die Lehre von den Kristallformen heißt Kristallographie.


Entstehung / Kristallwachstum

Mineralien entstehen durch den Prozess der Kristallisation, bei dem ein Festkörper heranwächst, wenn seine atomaren Bestandteile in der Umgebung vorliegen und im richtigen chemischen Verhältnis in die Kristallstruktur eingebaut werden können.

Die Kristallisation beginnt mit der Bildung mikroskopisch kleiner Kristallisationskeime, kleinster, kristallin geordneter Körper. Im Verlauf der weiteren Kristallisation wachsen die ursprünglich mikroskopisch kleinen Kristalle oftmals unter Ausbildung ihrer Kristallflächen, solange sie das frei und ungehindert tun können. Sehr häufig wird dabei eine Änderung der begrenzenden Flächen beobachtet. 'Während ein kleiner Kristall oftmals eine Vielzahl von Flächen hat, weist ein großer Kristall meist nur wenige große Flächen auf. Diese Flächen sind die am langsamsten wachsenden Richtungen. Schnell wachsende Richtungen sind meist Ecken und Kanten. Diese liegen dann weiter vom Kristallkeim entfernt.

Große Kristalle mit gut ausgebildeten Flächen entstehen dann durch langsames und stetiges Wachstum, wenn sie den nötigen Platz haben und nicht durch andere Kristalle in ihrer Umgebung behindert werden. Deshalb bilden sich die meisten großen Mineralien in offenen Räumen im Gestein, etwa in offenen Klüften oder in Drusen.

Sind die Räume zwischen den wachsenden Kristallen ausgefüllt, oder läuft die Kristallbildung zu rasch ab, so werden die Kristallflächen schliesslich überwachsen. Die ursprünglichen Kristalle vereinigen sich dann zu einer festen (derben) Masse kristalliner Teilchen, die wir als Kristallaggregate bezeichnen.


Wann kristallisieren Mineralien?

Dieser Prozess kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass die Temperatur einer Flüssigkeit unter deren Schmelzpunkt sinkt. So kristallisieren aus einem Magma, der heissen, flüssigen Gesteinsschmelze, Mineralien aus, wenn diese sich unter die jeweiligen Schmelzpunkte abkühlt.

Kristallisation kann ausserdem auch durch Verdampfen einer Lösung einsetzen. Eine Lösung entsteht, wenn eine chemische Substanz sich in einer anderen homogen verteilt, so dass auf molekularem Niveau die Mischverhältnisse der Lösungskomponenten überall gleich sind.

Kristalle bilden sich darüber hinaus bei hohen Temperaturen auch durch Umordnung von festem Material - bei den meisten Mineralien müssen dazu mindestens 250°C erreicht sein. Mit steigenden Temperaturen werden die Ionen und Atome beweglicher, ordnen sich neu und werden so zu neuen Mineralien mit anderen Kristallstrukturen


Auszug aus: "Mineralogie" von Prof. Dr. R. Brauns 1929

I. Die Form der Mineralien (Seite 10 u. 11)

Scharf ausgebildete, von ebenen, glänzenden Flächen umschlossene Formen lernte man schon im Altertum an Mineralien kennen, die aus dem Eis starrenden Alpengebirge gebracht wurden. Sie waren klar wie Eis und doch härter und dauerhafter als Glas, es konnte - so glaubte man - nur Eis sein, dass durch lang dauernde, starke Kälte so hart geworden war, dass es nun nicht mehr schmelzen sann, und mit dem Namen für Eis, „krystallos“ belegte man diese Gebilde. Diese Bezeichnung wurde beibehalten, auch nachdem man wusste, dass der Kristall aus den Bergen, der Bergkristall, nicht aus dem Eis der Berge entstehen kann, und wurde später der allgemeine Ausdruck für die natürliche, von ebenen Flächen umschlossene Form der Mineralien, die man also ihre Kristallform nennt. Sie ist für jeden Beschauer einer Mineraliensammlung die am meisten in die Augen fallende wunderbarste Eigenschaft der Mineralien. Ein Kristall ist die natürliche Form eines Minerals. Eine künstliche, von Menschen gearbeitete Form ist niemals ein Kristall. Ein Stück Glas, dem man durch Schleifen die Form eines Kristalls, etwa eines Oktaeders, gegeben hat, ist daher kein Kristall. Denn seine Form ist keine natürliche, es hat sie nicht von selbst angenommen. Ein Oktaeder von Kali-Alaun dagegen ist ein Kristall, denn diese Form ist eine natürliche. Sie bildet sich immer von selbst, wenn Kali-Alaun aus seiner Lösung in Wasser sich ausscheidet.

Da wir zum Zerbrechen eines Kristalls eine gewisse Kraft nötig haben, nehmen wir an, dass auch bei seiner Entstehung eine solche wirksam war und sagen daher: Ein Kristall ist ein von ebenen Flächen regelmäßig begrenzter Körper, der seine Form seinem Stoff oder den diesen innewohnenden Kräften verdankt. Welcher Art diese Kräfte sind, wissen wir nicht, jedenfalls wirken sie richtend auf die meisten Teilchen, welche den Kristall aufbauen und beruhen wahrscheinlich in elektrischen Eigenschaften dieser selbst.

Die Eigenschaft, Kristallform anzunehmen ist nicht auf Mineralien beschränkt, sondern kommt allen Elementen und chemischen Verbindungen zu, die aus ihrer Lösung oder Dampf in den festen Zustand übergehen. Es ist eine allg. Eigenschaft der anorganischen Welt, wie es eine solche der organischen Welt ist, ihren Körper aus Zellen aufzubauen.

Die Lehrmeinung von 1929 ist durch neue wissenschaftliche Methoden und Erkenntnisse streckenweise überholt bzw. zu ergänzen.

Almandin
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Almandin

Fundort: Rambla de las Granatillas, El Hoyazo, Nijar, Almería, Andalusien, Spanien

Sammlung: Stefan
Copyright: Stefan
Beitrag: Stefan 2007-10-21
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Analcim
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Analcim

Analcim-Kristall, ca. 1mm groß. Fundort: Spanien / Lanzarote / Playa Blanca

Sammlung: Stefan
Copyright: Stefan
Beitrag: Stefan 2005-11-15
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Cuprit
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Cuprit

Bildbreite: 4mm; Fundort: Grube Clara, Schwarzwald

Copyright: Stephan Wolfsried
Beitrag: JHM 2005-05-28
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Fluorapatit
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Fluorapatit

Kurzprismatische Fluorapatit-Kristalle bis ca. 1 cm Größe auf Quarz; Bildbreite: 2 cm; Fundort: Grube Sauberg, Ehrenfriedersdorf, Erzgebirge, Sachsen, Deutschland

Copyright: Peter Haas
Beitrag: Mineralienatlas 2005-04-10
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Bergkristall
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Bergkristall

Minas Gerais, Brasilien

Copyright: thothie
Beitrag: Mineralienatlas 2004-09-11
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Weitere Informationen zum Thema


Quellenangaben:


Literatur

  • Ashcroft, N. W., 2001: Festkörperphysik, München, Wien: Oldenbourg 2001, ISBN:3486248340
  • Borchardt-Ott, W., 2002: Kristallographie (ISBN:3540439641)
  • Kittel, C., 2002: Einführung in die Festkörperphysik, Oldenbourg, ISBN:3486272195
  • Kleber, W., Bautsch, H.J., Bohm, J., 1998: Einführung in die Kristallographie, Oldenbourg, ISBN:3486273191
  • Kopitzki, K., Herzog, P., 1989: Einführung in die Festkörperphysik, Teubner, Stuttgart. 2. Auflage, ISBN:3519330830
  • Müller, U., 2004: Anorganische Strukturchemie, Teubner, ISBN:3519335123
  • Offermann, E., 2004: Kristalle und ihre Formen; 2 Bände; 2400 Abb.
  • Smart, L., Moore, E., 1997: Einführung in die Festkörperchemie, Springer. ISBN:3540670661

Weblinks


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