Techniklexikon

Kristallchemie

Lehre vom gesetzmässigen Zusammenhang zwischen der chemischen Zusammensetzung und der Atomanordnung sowie den physikalischen Eigenschaften im Kristall. Die Kristallchemie beantwortet die Frage, warum ein gegebener Stoff diese oder jene Kristallstruktur bildet, warum er unter bestimmten Bedingungen eben diese und keine andere Kristallstruktur annimmt. Sie geht vom Prinzip aus, dass sich alle Strukturen aus den physikalischen Eigenschaften der sie zusammensetzenden Atome herleiten lassen, insbesondere aus den quantenchemischen Eigenschaften ihrer Elektronenhülle und stützt sich dabei auf folgende empirische Konzepte:

1. Konzept der konkreten Grösse der Kristallbausteine, wie es in der Angabe von Radien für Atome oder Ionen zum Ausdruck kommt. Diesem Konzept steht allerdings die quantenmechanische Wellenfunktion eines Atoms gegenüber, die mit zunehmender Entfernung vom Atomkern asymptotisch gegen Null geht. Ein Atom ist also nicht definitiv begrenzt. Die Radien können daher nicht beliebig präzisiert werden, sondern hängen von der Methode ab, mit der sie hergeleitet worden sind und von der Art der Wechselwirkung zwischen den Kristallbausteinen. So wird unterschieden zwischen Radien in Ionenkristallen, kovalenten Kristallen, Metallen und in Molekülkristallen. 2. Konzept der Raumerfüllung: Die Atome bzw. Ionen werden näherungsweise als starre Kugeln betrachtet, die sich zu Kugelpackungen aneinanderlagern, welche sich nach rein geometrischen Gesichtspunkten beschreiben lassen. Dieses Konzept umfasst drei Grundprinzipien. Das Raumprinizp fordert, dass die Bausteine im Kristall sich so anordnen, dass der Raum am effektivsten ausgefüllt wird (Prinzip der dichtesten Packung) (hexagonal-dichteste Packung). Das Symmetrieprinzip sagt, dass die Anordnung nach einer möglichst hohen Symmetrie strebt. Aufgrund des Wechselwirkungsprinzips erfolgt die Anordnung so, dass die Bausteine mit möglichst vielen Bausteinen in Wechselwirkung stehen, d.h. benachbart sind. 3. Konzept der kristallchemischen Bindungen: beschreibt die chemische Kristallbindung durch die von der quantenmechanischen Wechselwirkung der äusseren Elektronen bewirkte Kohäsion.

Eine weitere Aufgabe der Kristallchemie ist es, die Kristallstrukturen systematisch zu beschreiben und zu interpretieren.