- Winkelkonstanz
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Die Kristallmorphologie ist ein Begriff aus der Kristallographie und der Mineralogie und beschreibt die Form eines Kristalls, der aus geometrisch bestimmten Flächen, Kanten und Ecken besteht. Zwei aneinander stoßende Kristallflächen bilden dabei eine Kristallkante und mindestens drei Kanten bilden eine Kristallecke. Je nach Kristallsystem und Kristallklasse schließen die Kanten dabei bestimmte, für die betreffende Kristallklasse charakteristische Winkel ein.
Um die Lage von Kristallflächen und -kanten im Raum mathematisch zu beschreiben, bedient sich der Mineraloge der millerschen Indizes. Mit den Indizes h k l werden dabei die Gitterebenen des Raumgitters und mit u v w die Richtung der Kanten beschrieben.
Inhaltsverzeichnis
Kristallfläche
Die Kristallflächen bilden die äußere Begrenzung des Kristallkörpers und liegen parallel zu den Gitter- beziehungsweise Netzebenen der dem Kristall innewohnenden Kristallstruktur, die wiederum von seiner chemischen Zusammensetzung abhängt.
Allerdings bilden sich die Flächen bevorzugt an den Netzebenen, die die dichteste Packung (größte Anzahl von Atomen) und gleichzeitig möglichst wenig freie, offene Valenzen aufweisen (chemische Neutralität). Bei idealen Kristallen besitzen die Flächen eine klare Geometrie (Dreieck, Viereck, Sechseck) und bilden zusammen regelmäßige Körper (siehe platonischer Körper, catalanischer Körper). Durch Symmetrieoperationen ineinander überführbare kristallographische Flächen heißen kristallographische Form. Die dominierende kristallographische Form heißt Tracht. So spricht man von oktaedrischer oder würfeliger Tracht. Dieser Begriff ist nicht zu verwechseln mit dem Habitus, der die geometrische Ausdehnung eines Kristalls beschreibt. Der Habitus kann z. B. stängelig, faserig, plattig oder isometrisch sein.
Natürliche Kristalle bilden sich aber nur selten in der idealen Form, bedingt durch Störungen der Stoffzufuhr und das anisotrope Verhalten beim Wachsen des Kristalls während der Kristallisation oder durch gegenseitige Behinderung bei einer vielzahl gleichzeitig entstehender Kristalle, beispielsweise bei schneller Abkühlung.
Kristallflächen können somit verzerrt sein oder sogar ganz fehlen. Sie stehen jedoch zum einen immer konvex zueinander, was bedeutet, dass sie sich vom Kristallmittelpunkt „wegbeugen“ und zum anderen bleiben trotz aller Verformungen die Winkel zwischen den Flächen immer konstant.
Winkelkonstanz
Winkelkonstanz bei idealem und verzerrtem KristallwachstumDas Gesetz der Winkelkonstanz von Nicolaus Steno (Niels Stensen, 1636-1686) besagt:
Alle zur selben Kristallart gehörenden Einzelkristalle schließen zwischen analogen Flächen - gleichen Druck, gleiche Temperatur und chemische Zusammensetzung vorausgesetzt - stets gleiche Winkel ein.
Wenn man bedenkt, auf welche Weise Kristalle wachsen, ist dieses Gesetz nur logisch. Die chemische Zusammensetzung und die Bindungsart der Grundbausteine eines Minerals bestimmt die Ausbildung des Kristallsystems mit den entsprechenden Atomen und Molekülen an den Kreuzungspunkten des Raumgitters. Weitere Atome werden immer parallel zu den einzelnen Ebenen des Raumgitters eingebaut. Durch Konvektionsströme innerhalb der mineralischen Lösung kommt es zur unregelmäßigen Verteilung der aufbauenden Atome und damit zur Bevorzugung oder Benachteiligung einzelner Flächen. Dennoch bleiben die Winkel zwischen den Ebenen des Raumgitters durch das vorbestimmte Kristallsystem zwingend erhalten.
Literatur
- Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Lehrbuch der Mineralogie (16. Aufl.), Ferdinand Enke Verlag (1978), ISBN 3-432-82986-8
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