3.2.2 Kristallgalerie

Einfache Kristalle

	Schauen wir uns mal ein paar Kristallbildchen an – nur um ein Gefühl dafür zu bekommen, was man mit einem Gitter und einer Basis so alles anfangen kann.
		Erst mal wichtige Strukturen für die Elektrotechnik. Die Striche sind Hilfslinien. Sie illustrieren zwei völlig verschiedene Dinge: 1. das Bravaisgitter (z. B. die "Würfel"), 2. die kovalenten Bindungen.
		Zinkblende-Struktur (wegen ZnS), auch Sphalerit genannt; bei nur einer Atomsorte: Diamantstruktur Calciumfluoridstruktur (CaF2); auch Zirkonoxid-Struktur genannt Wurtzit-Struktur Cdia, Si, Ge, GaAs, InP, GaP, ... Fast alle wichtigen Halbleiter Wichtige Sensoren (z. B. Lambda-Sonde) GaN (auch SiC) GaN ist Schlüsselmaterial für die Optoelektronik
	Hier sind die einfachsten Ionenkristalle:
		NaCl-Struktur KCl, AgBr, KBr, PbS, ... oder MgO, FeO, ... CsCl-Struktur TlJ, ..., oder AlNi, CuZn
		Wer glaubt, dass die CsCl-Struktur entsteht, indem man Atome auf ein bcc-Gitter setzt, hat etwas gründlich mißverstanden!
	Perowskite gewinnen immer mehr an technischer Bedeutung. Es sind immer drei verschiedene Atome beteiligt, und der prizipielle Aufbau ist sehr einfach:
		Typischer Vertreter: BaTiO3 [Ba bei (0,0,0), O bei (½, ½, 0) und Ti im Zentrum bei (½, ½, ½)] oder CaTiO3; aber auch YBa2Cu3O7.
		Bei der etwas merkwürdigen Substanz YBaCuO7 sollte jetzt vielleicht leise ein Glöcken im Hirn zu klingeln anfangen.

Kompliziertere Kristalle

	Schon die einfachsten natürlichen Mineralien haben in der Regel komplizierte Kristallstrukturen.
		Das ergibt sich meist schlicht aus der Tatsache, dass 3,4,5,... viele Atomsorten beteiligt sind. Aber schon mit nur zwei Atomsorten kann's trickreich werden:
		Halbe Elementarzelle von Korund = schlichtes Aluminumoxid (Al2O3) Opal im Rasterelektronenmikroskop Verwendet für Schmirgelpapier oder, falls einkristallin, als Substrat für Optoelektronik, kratzfestes "Glas" für teure Uhren; mit etwas Cr oder Ti verunreinigt als Schmuckstein (Rubin bzw. Saphir). Dichte Kugelpackung (fcc) von kleinen amorphen SiO2-Kügelchen (= Quarzglas). Sehr merkwürdig!     Spinelle = die Welt der Mineralien. Grundformel: A8 B16 O32 Spinell: Mg2+(Al3+)2(O2–)4, Magnetit: Fe3+(Fe2+ Fe3+)(O2–)4
	Wenn wir jetzt noch die Biologie bemühen, wird's richtig kompliziert. Wer überdies noch den Link betätigt, lernt sogar noch was über Kristalle in 6 (!) Dimensionen.
		Relativ simples Protein als Basis; Anordnung in einem Kristall. Ein komplexes Protein als Basis. Die "Bänder" symbolisieren C-Ketten mit Nebengruppen Realer Proteinkristall mit komplexer Basis
	Jetzt müsste sich eine Frage aufdrängen: Woher weiß man eigentlich, dass das komplexe Protein oben rechts räumlich so aufgebaut ist wie gezeichnet? Oder ganz allgemein: dass alle hier gezeigten Strukturen so sind wie gezeichnet?
		Antwort: Aus der Strukturanalyse von Kristallen mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse (man kann auch Elektronenstrahlen oder Neutronenstrahlen nehmen). Um die räumliche Struktur eine Proteins aufzuklären (die seine Funktion bestimmt), muss man das Molekül dazu bringen zu kristallisieren (schwierig, mühsam und nicht immer möglich); die Struktur durch Röntgenbeugung bestimmen (nur mit Großrechner und sehr viel Theorie machbar).
		Das paradigmatische Beispiel ist: Bestimmung der DNA-Struktur durch Watson, Crick und Franklin; Anfang der 1950er Jahre
		Fragebogen Schnelle Fragen zu 3.2

© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)