kristallstrukturen

Kristallstrukturen beschreiben die regelmäßige, periodische Anordnung von Bausteinen – Atomen, Ionen oder Molekülen – in Festkörpern. Die Struktur wird durch das Kristallgitter beschrieben, dessen Punkte durch Translationen im Raum wiederholt werden. Einer Gitterposition ist eine Basis zugeordnet, ein Satz von Atomen, der an jedem Gitterpunkt wiederkehrt. Die Kombination aus Gitter und Basis bestimmt die wiederkehrende Einheit der Struktur, die Einheitszelle. Diese Zelle ist durch Gitterparameter definiert: die drei Kantenlängen a, b, c und die drei Winkel α, β, γ.

Für Kristalle existieren 14 Bravais-Gitter, die zusammen mit unterschiedlichen Basen die Vielfalt der Kristallstrukturen beschreiben. Die drei Größenklassen der Struktur werden als Kristallklassen und Kristallsysteme bezeichnet: kubisch, tetragonal, orthorhombisch, trigonal (rhomboedrisch), monoclinisch, triklinisch und hexagonal. Die Symmetrie der Struktur wird durch Raumgruppen beschrieben, die Translationen mit weiteren Symmetrieoperationen wie Spiegelungen, Rotationen oder Inversion kombinieren; insgesamt werden 230 Raumgruppen unterschieden.

Die Bestimmung von Kristallstrukturen erfolgt vor allem durch Röntgenkristallografie, daneben durch Elektronen- oder Neutronenbeugung. Aus Beugungsmustern lässt sich die Anordnung der Atome rekonstruieren sowie die Symmetrie und die Abstände bestimmen.

Typischerweise fallen Kristallstrukturen in Kategorien wie metallische Strukturen mit dichtest gepackten Kugelgittern (fcc, bcc, hcp), ionische Kristalle (z. B. NaCl), kovalente Netzwerks Kristalle (Diamant, Silizium) und molekulare Kristalle (Wasserstoffbrücken gebildete Eisstrukturen oder niedermolekulare organische Kristalle).