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Kristallographie

Als "Wissenschaft von den Kristallen" beschäftigt sich die Kristallographie mit der Aufklärung der chemischen, physikalischen und mathematischen Gesetzmäßigkeiten, die im Zusammenhang mit dem periodisch geordneten Zustand von Kristallen stehen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Entwicklung von Modellen zur Interpretation von Korrelationen zwischen Struktur und Eigenschaften von Kristallen.

Anhand dieser Modelle lassen sich in den Geowissenschaften Vorhersagen zum Verhalten kristalliner Materie unter experimentell nicht zugänglichen Temperatur- und Druckbedingungen treffen, in der Anwendungstechnik dienen sie zur Herstellung neuer Kristalle mit spezifischen und anwendungsbezogenen Eigenschaften.


Geschichtliche Entwicklung

Die Kristallographie war ursprünglich ein Teilgebiet der Mineralogie und schwerpunktmäßig ein Studium der Morphologie und der Anisotropie physikalischer Eigenschaften der Kristalle.

Von 1669 (Entdeckung der Winkelkonstanz durch Nicolaus Steno) bis etwa Anfang des 20. Jhdts. (zwischenzeitliche Höhepunkte: 1801: Symmetriegesetz (Haüy), 1890: Ableitung der kristallographischen Raumgruppen (Schönflies, Fjodorow), 1912: Röntgenbeugung an Kristallen und Aufklärung der atomaren Struktur kristallisierter Materie (von Laue), Aufklärung der Kristallstrukturen (Bragg & Bragg), 1953: Kristallstruktur der Desoxyreibonukleinsäure (Watson & Crick) bis heute entwickelte sich die Kristallographie zu einem interdisziplinären Forschungsgebiet.


Einteilung des Fachgebietes in:

  • Kristallgeometrie
  • Kristallchemie
  • Physikalisch-chemische Kristallographie: Realstrukturen, Kristallisation, Kristallwachstum, Diffusion, Phasenübergänge
  • Kristallphysik
  • Strukturanalyse: Kristallstrukturanalyse mit Beugungsmethoden, Spektroskopie
  • Mesoskopische Kristallographie: Domänen, Zwillinge
  • Biokristallographie: Strukturaufklärung von Proteinen, Viren u.a.
  • Technische Kristallographie
  • Untersuchung nicht-kristalliner, geordneter Systeme: Pseudosymmetrische Kristalle (Quasikristalle , Modulierte Strukturen, Kompositkristalle), Flüssigkristalle, Oberflächen und Grenzflächen, Nahordnung in Gläsern etc.

Das Fachgebiet Kristallographie überschneidet sich mit

  • Erdwissenschaften: Kristallgeometrie- und Chemie, physikalisch-chemische Kristallographie (Realstrukturen als Indikator für geologische Prozesse, Kristallisation, Kristallwachstum, Zwillinge, Diffusion, Phasenübergänge etc. )
  • Festkörperphysik: Idealstruktur, Eigenschaften, Kristallphysik, Strukturanalyse (Beugungsmethoden, Spektroskopie )
  • Festkörperchemie: Idealstruktur, Bildungsverhältnisse, Kristallchemie (Synthese, Reaktionen, chemische Bindungen von Molekülen)
  • Materialwissenschaften: Realstruktur, Mikrostruktur, Eigenschaften, Kristallphysik
  • Biokristallographie - Molekularbiologie: Struktur biologisch relevanter Makromoleküle (u.a. Proteine und Viren)
  • Medizin-Pharmazie: Strukturaufklärung biologisch aktiver Stoffe, Entwicklung von Medikamenten
  • Untersuchung nicht-kristalliner Systeme: Quasikristalle (aperiodische Kristalle, bzw. pseudosymmetrische Kristalle mit fünfzähligen Symmetrieachsen), Flüssigkristalle, Oberflächen und Grenzflächen, Nahordnung amorpher Substanzen (Gläser, Polymere)

Anwendungstechnologien

  • Technik: Züchtung von Einkristallen (Halbleiterelektronik, Optoelektronik, Ultraschalltechnologie, Festkörperlaser, Strahlungsdetektoren, optische Speicher, Magnete, piezoelektrische Sensoren und Weggeber)
  • Medizin: Design neuer Medikamente

Literatur

  • Borchardt-Ott, W., 2002: Kristallographie. Einführung für Naturwissenschaftler
  • Kleber, W.; Bautsch, H.-J.; Bohm, J., 1990: Einführung in die Kristallographie
  • Massa, W., 2002: Kristallstrukturbestimmung

Web-Links


Links


Quellangaben


Einordnung