Feststoffzustände

Feststoffzustände beschreiben Zustände der Materie, in denen Teilchen fest aneinander gebunden sind und ein definiertes Volumen besitzen. Gegenüber gasförmigen oder flüssigen Zuständen zeichnen sich Feststoffe durch geringe thermische Beweglichkeit, eine definierte Form und eine hohe Dichte aus. In der Festkörperphysik unterscheidet man grob zwischen kristallinen Feststoffen mit langreichweitiger Ordnung und amorphen Feststoffen ohne solche Ordnungsführung.

Kristalline Feststoffe weisen eine regelmäßige, periodische Anordnung der Bausteine auf. Sie können monokristallin vorliegen, bei dem die Ordnung im gesamten Probenvolumen konsistent ist, oder polykristallin, mit vielen Kristallkörnern verschiedener Orientierung. Die innere Struktur wird durch Kristallgitter und Kristallachsen beschrieben; je nach Gittertyp ergeben sich unterschiedliche mechanische und physikalische Eigenschaften. Am Kristallbau knüpfen sich Eigenschaften wie Härte, Spaltbarkeit und anisotropes Verhalten.

Viele Feststoffe existieren in mehreren Kristallformen, einem Phänomen namens Polymorphie. Unterschiedliche Kristallmodi können bei gleichem chemischen Aufbau stabil sein, wie Kohlenstoff in Diamant oder Graphit. Allotropie bezeichnet ähnliche Phänomene bei einem Element, insbesondere bei Elementen wie Kohlenstoff oder Phosphor. Zusätzlich können Feststoffe amorph sein (z. B. Glas), wobei keine langreichweitige Ordnung besteht, oder quasikristalline Strukturen auftreten, die keine periodische Ordnung besitzen.

Feststoffzustände beeinflussen zentrale Eigenschaften wie Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Elektrizität und Optik. Phasenübergänge zwischen Feststoffen, Druck- oder Temperaturveränderungen einschließend, spielen eine wichtige Rolle in der Materialwissenschaft, Halbleitertechnik, Legierungen und Pharmazie.