Kristallsystem
Englisch: crystal system
Definition
Die Kristallsysteme dienen der Klassifizierung von Kristallen. Im Besonderen geben sie die Symmetrie der Einheitszelle an.
Hintergrund
Die kleinste Einheit eines Kristalls ist die sogenannte Einheitszelle, in der sich die kristallisierte Verbindung befindet. Der Kristall entsteht, indem mehrere Einheitszellen translational aneinandergereiht werden. Damit diese Aneinanderreihung lückenlos möglich ist, muss die Einheitszelle die Form eines Parallelepipeds aufweisen. Dieses Parallelepiped wird durch die drei Kantenlängen a, b und c sowie die drei Winkel α, β und γ eindeutig definiert.
Einteilung
Je nach dem, wie diese Einheitszellparameter ausfallen, können die sieben Kristallsysteme unterschieden werden:
| Kristallsystem | Achsenlängen | Winkel der Zelle | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| Triklin | Beliebig | Beliebig | Dreimal schief |
| Monoklin | Beliebig | α = γ = 90° | Einmal schief |
| Orthorhombisch | Beliebig | α = β = γ = 90° | Alles rechtwinklig |
| Tetragonal | a = b | α = β = γ = 90° | Viereckig / Quader |
| Trigonal | a = b | α = β = 90°, γ = 120° | Dreieckig |
| Hexagonal | a = b | α = β = 90°, γ = 120° | Sechseckig |
| Kubisch | a = b = c | α = β = γ = 90° | Würfelig |
Das Wort "beliebig" in der Tabelle bedeutet, dass der entsprechende Parameter beliebige Werte annehmen kann. Es bedeutet hingegen nicht – anders als oftmals angegeben – dass die jeweiligen Kantenlängen bzw. Winkel ungleich sein müssen (). So kann es auch monokline Kristalle geben, bei denen die Kantenlängen identisch sind. In solchen Fällen wird die Unterscheidung anhand der Symmetrie getroffen: So weisen hexagonale Kristalle eine sechszählige Symmetrie auf, tetragonale Kristalle eine vierzählige usw.
Die Kenntnis des Kristallsystems ist zum Einen für die Beschreibung eines Kristalls wichtig, zum Anderen aber auch zur Bestimmung einer Röntgenstruktur. So stellt die Bestimmung des Kristallsystems einen der ersten Schritte der Röntgenstrukturaufklärung dar. Mithilfe dieser Methode kann die Struktur niedermolekularer Verbindungen, aber auch biologischer Makromoleküle wie Proteine bestimmt werden. Das Kristallsystem und die Punktgruppe können hierbei anhand der Symmetrie der Diffraktionsbilder ermittelt werden. Die Bestimmung der Einheitszellparameter erfolgt schließlich durch Ausmessen der Abstände und Winkel zwischen den Reflexen auf den Diffraktionsbildern. Wenn dieser erste Schritt fehlerhaft ist, ist die Strukturbestimmung meist unmöglich.
Es ist zu beachten, dass der Habitus, also die äußere Gestalt des Kristalls, nicht unbedingt das Kristallsystem widerspiegelt. So kann ein Kristall zum Beispiel durch Umwelteinflüsse oder Schleifen so bearbeitet werden, dass er auch trotz eines kubischen Kristallgitters makroskopisch Winkel aufweist, die von 90° verschieden sind.
Literatur
- Frank Hoffmann: Faszination Kristalle und Symmetrie. Einführung in die Kristallographie. Heidelberg: Springer Spektrum (2016)