Kristallzustand

Der Kristallzustand bezeichnet den festen Zustand eines Materials, in dem die Teilchen—Atome, Ionen oder Moleküle—in einer regelmäßigen, dreidimensionalen Gitterordnung angeordnet sind. Diese Anordnung führt zu einer langreichweitigen Ordnung, die sich in einer periodischen Wiederholung von Bausteinen, dem sogenannten Raumgitter und der Baueinheit, dem Kristall- oder Einheitszellen, widerspiegelt. Die verfügbaren Gitterstrukturen werden durch Bravaisgitter beschrieben und lassen sich in verschiedene Kristallsysteme einteilen (z. B. kubisch, tetragonal, orthorhombisch).

Im Kristallzustand weisen Materialien charakteristische Eigenschaften auf, wie eine definierte Dichte und einen eindeutigen Schmelzpunkt. Die mechanischen Eigenschaften sind oft anisotrop, das heißt, sie hängen von der Richtung im Kristall ab. Defekte wie Vacanzen, Interstitialatome oder Versetzungen beeinflussen Mechanics, Diffusion und Kristallwachstum. Viele festkörperliche Stoffe sind entweder rein oder polycrystallin, letztere bestehen aus vielen Kristallkörnern mit Grenzflächen.

Kristallisation kann aus der Schmelze, aus Lösungen oder durch Gasphasenabscheidung erfolgen. Bedingungen wie Temperatur, Druck und Abkühlgeschwindigkeit steuern Qualität und Größe der Kristalle. Strukturanalytisch wird der Kristallzustand häufig durch Röntgenbeugung untersucht; das Bragg-Gesetz ermöglicht die Bestimmung der Gitterabstände und der Symmetrie des Materials.

Typische Beispiele sind metallische Kristalle (z. B. Aluminium mit fcc-Gitter, Stahl mit verschiedenen Kristallformen), ionische Kristalle (NaCl), kovalent vernetzte Kristalle (Diamant, Quarz) sowie Eis und organische Kristalle. Der Kristallzustand bildet die Grundlage moderner Materialien in Technik, Elektronik, Optik und Chemie.