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Kristallwachstum

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Kristallwachstum ist der kontinuierliche Prozess des Größerwerdens eines Keims bis zum fertigen Kristall.

Bei Übersättigung von Lösungen, verursacht durch Verdunstung oder Abkühlung und bei unterkühlten Schmelzen scheidet eine chemische Substanz einen Keim als Festkörper aus. Die Größe dieses Keims beträgt ca. 100 Ångström (Å) = 0,00001 mm. An ihn lagern sich nun weitere Kristallbausteine (Atome, Ionen, Kationen oder Moleküle) an. Der Kristall wächst somit weiter durch gerichtete Anlagerung (auch bezeichnet als "vektorielle Apposition"), indem sich das Grundmuster ständig wiederholt.

Der Einbau von Atomen geschieht aber nicht allseitig gleichmäßig - im Allgemeinen verschieben sich die günstigsten Grenzflächen parallel nach außen.

Von der Wachstumsgeschwindigkeit einer Fläche relativ zur anderen hängt dann die Größe der Flächen ab. Das kann dazu führen, dass gewisse Flächen im Laufe des Wachstums verkümmern oder ganz verschwinden. Flächenarme Kristalle zeugen daher auch von einer langen Bildungsdauer.

Während des Wachstumsstillstands können sich Fremdteilchen (z.B. Flüssigkeiten, Fremdminerale, etc.) an den Kristallflächen ablagern, die dann als > Einschlüsse im Kristall verbleiben.

Meistens behindern sich die Kristalle am Wachstumsprozess gegenseitig, sodass kein idiomorpher "Bilderbuch"-Einzelkristall entsteht, sondern > Aggregate (nadelige, rosettenförmige, nierige, traubige und/oder stalaktitische Aggregate).

Die Winkel zwischen gleichartigen Flächen bleiben unverändert (gemäß dem Gesetz der Winkelkonstanz, die von Nikolaus (Nils) Steno 1669 eingeführt wurde).

Parallelverwachsungen

Bei Parallelverwachsungen hängen mehrere Kristallindividuen in paralleler Orientierung zusammen. Sämtliche Kanten und Flächen verlaufen parallel zueinander. Die Kristalle sind lamellar geschichtet, parallel verwachsen, an den Flächen zusammengewachsen, tw. verzerrte plattige Kristalle, welche durch Änderung der Wachstumsbedingungen (bzw. polykristallines Wachstum) auf den Flächen entstanden sind. Im englischen bezeichnet man diese Kristalle als "stacked" (gestapelt oder übereinander angeordnet).

Beispiele polykristallinen Wachstums

Parallel verwachsene, plattige gestapelte Pyritkristalle auf Pyritoktaederflächen
Parallel verwachsene, plattige gestapelte Pyritkristalle auf Pyritoktaederflächen

Hotazel, Kalahari Manganfeld, Provinz Nordkap, Südafrika;
Größe: 35x35x30 mm

Philip Blümner

Uraninit
Uraninit

Modifizierter Uraninit-Kubooktaeder mit parallel verwachsenen Kristallen (stepped faces);
Shinkolobwe, Katanga, Demokratische Republik Kongo;
Größe: 1,2 x 1 cm

Jasun McAvoy

Pyrrhotin
Pyrrhotin

Lamellar geschichtete parallel verwachsene plattige Kristalle;
Dal' negorsk, Russland;
Größe: Ca. 8 cm

Dan Weinrich

Polykristallines Wachstum
Polykristallines Wachstum

Cerussit von Tsumeb, Namibia;
Größe: 4,5 cm

Rob Lavinsky




Vom undefinierbaren Keim zum perfekten Kristall

(Dargestellt am Beispiel von Fluorit von der Entstehung bis zum endgültigen Kristall) Die nachstehenden Bilder dienen nur der Veranschaulichung und sind keine wissenschaftlich begründbare Sequenz eines beobachteten Wachstumprozesses.

Zwar sind 10 nm im Labor ohne Probleme als Bilder mittels TEM (Transmissionselektronenmikroskop), REM (Rasterelektronenmikroskop) und anderer Rastertechniken sichtbar zu machen, aber diese Kristalle beim Wachstum zu beobachten ist etwas anders. Ausgehend von einem geordneten Cluster an Atomen lagern sich fortlaufend Kristallbausteine (Atome oder Moleküle) an. Jetzt gibt es bevorzugte Stellen der Anlagerung und Stellen, an denen die Anlagerung schwierig ist. Sehr gut wachsen Nischen, an denen auf drei Seiten schon Atome sitzen, also eine Kristallstufe auf einer angefangenen Stufe. So wachsen bei einem Kristall, ausgehend von einer Kugel, erstmal glatte Flächen aus. Jeder Neuanfang einer Stufe ist schwierig; hier hilft aber die Realstruktur mit Hilfe von Versetzungen (meist Schraubenversetzungen), die als Quelle für Anlagerungsstufen dienen.

Ein Kristall, der gerade zu wachsen begonnen hat, ist somit fast eine Kugel mit kleinen glänzenden Flächen. Schnell wachsende Flächen entfernen sich immer weiter vom Kristallmittelpunkt, sie werden aber nach außen durch langsam wachsende Flächen begrenzt. So wächst ein Fluorit in der Regel am schnellsten an den Ecken, dann kommen die Kanten, zum Schluss die Fläche.

Das hat aber zur Folge, dass der wachsende Kristall seine schnell wachsenden Flächen verliert, denn diese werden durch langsamer wachsende Flächen nach außen begrenzt. So bilden die Kristalle im Laufe ihres Wachstums verschiedenste Flächenkombinationen, die sich teilweise als Phantome später noch abzeichnen, sind aber in der Regel am Ende durch die am langsamsten wachsenden Flächen begrenzt (zitiert /Dank: F. Mersch, 2007)

BILD:1167407626

Der "Quasi-Keim" - ein farbloser Fluorit-Tropfen
Laacher See-Vulkangebiet, Eifel, Deutschland
Bildbreite: 4 mm
Foto: Stephan Wolfsried

BILD:1178655144

Noch unentschieden, was es einmal werden soll
Fundort: In den Dellen, Eifel, Deutschland
Größe: Bildbreite 2,5 mm
Sammlung & Foto: geni

BILD:1093178576

Die Spannungen sind förmlich sichtbar
Fundort: Bimsgruben bei Mendig, Eifel, Deutschland
Bildbreite ca.: 3,0 mm
Sammlung und Foto: geni

BILD:1167226400

Eine erste "embryonale" Kugelform
Fundort: In den Dellen, Mendig, Laacher See, Eifel, Rheinland-Pfalz, Deutschland
Bildbreite: 4 mm
Foto: Fred Kruijen
Sammlung: Willi Schüller, Adenau.

BILD:1178655901

Erste mikroskopisch kleinste Flächen zu erahnen
Fundort: In den Dellen, Eifel, Deutschland
Größe: 3,0 mm
Sammlung & Foto: geni

BILD:1081284346

Fluoritkugel mit ersten Flächen
Fundort: Grube Clara, Schwarzwald, Deutschland
Sammlung: Heinz Förch; Fotograf: geni

BILD:1081284324

Die Grundform ist entschieden (Würfel)
Fluorit in einer untypischen Ausbildung für dieses Mineral.
Die Fluoritkristalle um ein Manganerz gewachsen)
Fundort: Grube Clara, Schwarzwald, Deutschland
Sammlung: Heinz Förch; Fotograf: geni

BILD:1107873443

Ein fast vollständiger Hexakisoktaeder
Fundort: Halde Wilhelmstollen, Münstertal, Schwarzwald, Deutschland
Größe: ca. 0,3 mm
Sammlung und Foto: Findus

BILD:1094648214

Ein prächtiger, perfekt gewachsener Kristall
Hexaeder modifiziert mit Rhombendodekaeder
und Hexakisoktaeder
Grube Teufelsgrund, Münstertal, Schwarzwald, Deutschland
Foto: geni




s.a. > Kristallverwachsung, Endotaxie, Topotaxie, Epitaxie, Syntaxie, Distaxie, Zwillinge, Künstliche Kristalle, Deformierte Kristalle

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