Kristal (natuurwetenschappen)

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
sneeuwkristal bij een sterke vergroting onder een rasterelektronenmicroscoop.

Een kristal is een hoeveelheid periodiek gerangschikte atomen of moleculen, en dit zowel in twee als in drie dimensies. Zuivere stoffen zijn meestal in staat tot het vormen van kristallen. Materialen die uit kristallen bestaan, worden kristallijn genoemd. Materialen die daarentegen bestaan uit een hoeveelheid moleculen die niet ordelijk gerangschikt zijn, worden amorf genoemd. De bekendste amorfe stof is glas, en zelfs kristalglas is, ondanks de naam, geen kristal. Quasikristallen vormen een bijzonder aspect van kristallijne vaste stoffen, omdat zij een schijnbaar periodieke structuur bezitten.

De ordelijke rangschikking in een kristal bestaat uit een opeenstapeling van atomen, moleculen of ionen, die symmetrisch is onder de translatie. De kleinste eenheid, die zich door translatie herhaalt, heet een eenheidscel. Die herhalen zich in het kristal dus steeds in de drie richtingen steeds herhalen. Er is in ieder kristal een periodiciteit te vinden. De totale structuur die in die rangschikking ontstaat, wordt een kristalstructuur of kristalrooster genoemd. Alle mogelijke eenheidscellen zijn wiskundig te beschrijven door middel van de veertien bravaisroosters, verdeeld over zeven kristalstelsels en 32 puntgroepen. De habitus van een kristal is de totale verzameling van kristalvlakken die de macroscopische vorm van het kristal bepalen.

Het woord kristal is afgeleid van het griekse woord κρύσταλλος, krustallos, dat ijs betekent. Men geloofde dat bergkristal door de goden vormgegeven ijs was.

Eigenschappen[bewerken | brontekst bewerken]

Kristalvorm[bewerken | brontekst bewerken]

Kristallen komen voor in zeven verschillende kristalstelsels: kubisch, tetragonaal, hexagonaal, trigonaal, orthorombisch, monoklien en triklien. Kristallen die de voor een mineraal 'natuurlijke' vorm hebben worden euhedrisch genoemd. Kristallen die een andere vorm hebben zijn anhedrisch. Anhedrische kristallen ontstaan wanneer het kristal in een beperkte ruimte groeit, bijvoorbeeld omdat het omringd is door andere kristallen.

Ionaire stoffen, zouten[bewerken | brontekst bewerken]

Positieve en negatieve ionen zijn bij zouten in een vaste verhouding in het kristalrooster gerangschikt. Beschouw natriumchloride NaCl als voorbeeld, dan kan men het kristalrooster als volgt voorstellen: ieder natrium-kation Na+ wordt door zes chloride-anionen Cl omgeven en ieder chloride-kation door zes natrium-anionen. De ionen, atomen, blijven in het kristalrooster op hun plaats doordat ze elektrisch zijn geladen en elkaar aantrekken. Zo heeft het natrium-ion een elektron te weinig, waardoor het positief geladen wordt. Het chloride-ion heeft een elektron opgenomen, waardoor het negatief geladen wordt. De natrium- en de chloride-ionen in het kristalrooster zijn in een vaste verhouding gerangschikt, zodanig dat de netto lading nul is.

In opgeloste toestand zijn de ionen van opgeloste zouten in staat om elektrische stroom te geleiden: zouten zijn sterke elektrolyten. De ionen zijn dan niet meer met elkaar in een kristalstructuur met elkaar verbonden.

Moleculaire kristallen[bewerken | brontekst bewerken]

De moleculen houden elkaar in een moleculaire kristallijne stof elkaar op hun plaats in het kristalrooster door de cohesie, hun onderlinge aantrekkingskracht die er constant is.

Vorming[bewerken | brontekst bewerken]

Een kristal kan op verschillende manieren worden gevormd. Dit noemt men kristalgroei of kristallisatie. Een van de manieren is het langzaam afkoelen van een stof vanuit de vloeibare toestand. Her en der in de stollingsfase beginnen zich dan kleine kristallen te ontwikkelen. Wanneer de vloeistof geheel is omgezet naar een vaste fase, is er een materiaal ontstaan dat bestaat uit vele kleine stukjes kristal, uit korrels. De atomen, moleculen of ionen in ieder stukje kristal staan in dezelfde richting, maar de kristallen onderling kunnen een verschillende draaihoek ten opzichte van elkaar hebben. Het grensvlak waarop de verschillende korrels elkaar raken, wordt de korrelgrens genoemd.

Afhankelijk van de vormingsmethode kunnen er ook worden eenkristallen gevormd. Bij eenkristallen zijn er geen korrelgrenzen of korrels ontstaan, alle atomen, moleculen of ionen staan in dezelfde richting en vormen dus een geheel. Een zuivere diamant is een voorbeeld van een eenkristal, maar ook suiker is in staat om als eenkristal uit te groeien. In de halfgeleidertechnologie worden eenkristallen van vooral silicium gebruikt.

Onderzoek[bewerken | brontekst bewerken]

Onderzoek aan kristallen kan onder meer worden uitgevoerd middels röntgenkristallografie. Deze methode maakt door fotonenreflectie aan het oppervlakte van het materiaal als het ware een 'vingerafdruk', waaraan kan worden afgelezen uit welke kristallen een stof bestaat. De vingerafdruk is afhankelijk van de omvang en de bestanddelen van de eenheidscellen in het kristal.

Terminologie[bewerken | brontekst bewerken]

Zie de categorie Crystals van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.