Kristalleinheitszelle

Die Kristalleinheitszelle, im Englischen unit cell, ist der kleinste Baustein eines Kristallgitters, aus dem sich das gesamte Kristallmuster durch Translationen wiederholt. Sie wird durch drei Vektoren a, b und c definiert, die die Kanten des Parallelepipeds im Kristallraum bilden, sowie durch die drei Winkel alpha, beta und gamma dazwischen. Die Länge der Kanten und die Winkel nennen man Gitterparameter; zusammen definieren sie die Geometrie der Zelle. In der Zelle kann an einer oder mehreren Positionen eine Basis oder ein Motif verankert sein, so dass der ganze Kristall durch Kopieren der Einheitszelle entlang der Gittervektoren entsteht.

Es gibt verschiedene Typen von Einheitszellen. Die primitive Zelle enthält genau einen Gitterpunkt pro Zelle. Zentrierte Zellen wie das Körperzentrierte (I), flächenzentrierte (F) oder kantenzentrierte (C) besitzen zusätzlich Gitterpunkte, wodurch sich oft eine einfachere Beschreibung der Kristallstruktur ergibt. Konventionelle Zellen sind oft größer, dienen aber der anschaulichen Darstellung der Gitterart; primitive Zellen sind die kleinste Repräsentation eines Gitterpunkts.

Die Einheitszelle gehört zu den Bravais-Gittern. Je nach Geometrie lassen sich sieben Kristallsysteme unterscheiden, und insgesamt 14 Bravais-Gitterarten werden unterschieden. Wichtige Größen sind das Volumen der Zelle V = |a · (b × c)| und die Anzahl Z der Formeleinheiten pro Zelle. Aus Z, der Molmasse der Einheit und dem Avogadro-Konstanten lässt sich die Kristalldichte berechnen.

Die Kristalleinheitszelle ist grundlegendes Beschreibungswerk in der Kristallographie, liefert Informationen über Symmetrie, Abstände und Orientierung der Atome und dient als Ausgangspunkt für Strukturmodelle, Röntgenbeugung und Materialforschung.