Was ist eine Kristallstruktur?
Viele Feststoffe und einige kristalline Flüssigkeiten haben eine regelmäßige, sich wiederholende dreidimensionale Anordnung von Atomen, die als Kristallstruktur oder Kristallgitter bekannt ist. Im Gegensatz dazu ist ein amorpher Feststoff eine Art festes Material wie Glas, dem eine sich wiederholende Struktur mit großer Reichweite fehlt. Viele der physikalischen, optischen und elektrischen Eigenschaften kristalliner Feststoffe oder Flüssigkeiten hängen eng mit der Kristallstruktur zusammen. Die sich wiederholenden Einheiten einer kristallinen Struktur, die aus kleinen Kästen oder anderen dreidimensionalen Formen bestehen, werden als "Zellen" bezeichnet. Viele dieser Zellen sind in einer sich wiederholenden, geordneten Struktur zusammengefasst, um die Gesamtstruktur zu bilden.
Die Kristallstruktur eines gegebenen kristallinen Materials kann viele der Gesamteigenschaften dieses Materials beeinflussen. Dies ist beispielsweise einer der wichtigsten bestimmenden Faktoren für die optischen Eigenschaften des Materials. Die Kristallstruktur beeinflusst auch die Reaktivität des kristallinen Materials erheblich, da sie die Anordnung reaktiver Atome an den Außenkanten und -flächen des kristallinen Feststoffs oder der kristallinen Flüssigkeit bestimmt. Andere wichtige Materialeigenschaften, einschließlich der elektrischen und magnetischen Eigenschaften einiger Materialien, werden ebenfalls weitgehend durch die Kristallstruktur bestimmt.
Mineralogen, Kristallographen, Chemiker und Physiker untersuchen kristalline Materialien häufig in Laborumgebungen. Einige einfache Aspekte von Kristallstrukturen können durch einfache geometrische Messungen bestimmt werden, aber verschiedene Methoden, die auf der Beugung von Röntgenstrahlen, Neutronen, Elektronen oder anderen Partikeln beruhen, ermöglichen eine viel einfachere und genauere Bestimmung der Struktur. Einige Forscher befassen sich nur mit der Bestimmung der Struktur eines bestimmten kristallinen Materials, während andere mehr daran interessiert sind, wie diese Struktur mit den anderen Eigenschaften des Materials in Verbindung steht. Wieder andere Forscher sind daran interessiert, nützliche Anwendungen für verschiedene Materialien auf der Grundlage ihrer Strukturen zu finden, und einige versuchen sogar, neue kristalline Feststoffe und Flüssigkeiten auf der Grundlage der erwarteten Eigenschaften ihrer gewünschten Strukturen zu synthetisieren.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl theoretische kristalline Materialien aus einer perfekten und konsistenten Reihe sich wiederholender Einheiten zusammengesetzt sind, echte Kristalle dazu neigen, Fehler zu haben. In den meisten Fällen handelt es sich bei diesen Fehlern lediglich um Unregelmäßigkeiten in der sonst regelmäßigen Kristallstruktur. In einigen Fällen tritt dies auf, wenn ein Atom in einer gegebenen Kristallstruktur eine andere Stelle einnimmt als normalerweise. Die unterschiedlichen Eigenschaften dieses Atoms können erhebliche Auswirkungen darauf haben, wie sich die Struktureinheiten des Kristalls um ihn herum anordnen. Ebenso können die Defekte oder Unregelmäßigkeiten realer Kristalle erhebliche Auswirkungen auf die Gesamteigenschaften des kristallinen Materials haben.