Kristallographie

Kristallographie ist die Wissenschaft von der Struktur und Anordnung der Atome in Kristallen. Sie untersucht geometrische Struktur, Symmetrie und das periodische Muster fester Stoffe und dient der Bestimmung atomarer Konfigurationen.

Im Zentrum steht die Beugung von Wellen am Kristallgitter. Aus dem diffraktierten Muster lassen sich Gitterabstände, Symmetrien und die Verteilung der Elektronendichte rekonstruiert werden. Das Konzept basiert auf der Einheitszelle und dem Bravais-Gitter; das Bragg'sche Gesetz nλ = 2d sin θ verknüpft Wellenlänge, Beugungswinkel und Gitterabstand.

Zu den Hauptmethoden gehören die Röntgenkristallographie, Neutronenkristallographie und Elektronenkristallographie. Röntgenkristallographie ist besonders verbreitet für organische Verbindungen und Proteine; Neutronenkristallographie liefert Empfindlichkeiten gegenüber leichteren Kernen und Wasserstoffatomen; Elektronenbeugung wird in der Transmissionselektronenmikroskopie genutzt, vor allem bei kleinen Proben.

Historisch leitete Max von Laue 1912 die Beugung von Kristallen nach; 1913 entwickelten Bragg und Bragg das Bragg'sche Gesetz und begründeten damit die moderne Röntgenkristallographie. Seit dem 20. Jahrhundert ermöglicht die Methode die Bestimmung zahlreicher Molekülstrukturen, einschließlich Biomolekülen.

Anwendungsgebiete umfassen Chemie, Biologie, Materialwissenschaft, Mineralogie und Pharmazie. Kristallographie liefert Grundlagenwissen über Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und dient der Identifikation, Charakterisierung und dem Design neuer Materialien.