Een kristal bestaat uit er toe doen dat is gevormd uit een geordende rangschikking van atomen, moleculen of ionen. Het rooster dat zich vormt, strekt zich uit in drie dimensies.
Omdat er herhaalde eenheden zijn, hebben kristallen herkenbare structuren. Grote kristallen vertonen vlakke gebieden (vlakken) en goed gedefinieerde hoeken.
Kristallen met duidelijke platte vlakken worden euhedrale kristallen genoemd, terwijl die zonder gedefinieerde gezichten anhedrale kristallen worden genoemd. Kristallen die bestaan uit geordende reeksen atomen die niet altijd periodiek zijn, worden quasikristallen genoemd.
Het woord "kristal" komt van het Oudgriekse woord krustallos, wat zowel "bergkristal" als "ijs" betekent. De wetenschappelijke studie van kristallen wordt kristallografie genoemd.
Voorbeelden
Voorbeelden van alledaagse materialen die je tegenkomt als kristallen zijn keukenzout (natriumchloride of haliet kristallen), suiker (sucrose) en sneeuwvlokken. Veel edelstenen zijn kristallen, waaronder kwarts en diamant.
Er zijn ook veel materialen die op kristallen lijken, maar eigenlijk polykristallen zijn. Polycrystals vormen zich wanneer microscopische kristallen samensmelten tot een vaste stof. Deze materialen bestaan niet uit bestelde roosters.
Voorbeelden van polykristallen zijn ijs, veel metaalmonsters en keramiek. Nog minder structuur wordt weergegeven door amorfe vaste stoffen, die een verstoorde interne structuur hebben. Een voorbeeld van een amorfe vaste stof is glas, dat in facetten op een kristal kan lijken, maar dat niet is.
Chemische obligaties
De soorten chemische bindingen die worden gevormd tussen atomen of groepen atomen in kristallen, zijn afhankelijk van hun grootte en elektronegativiteit. Er zijn vier categorieën kristallen, gegroepeerd op binding:
- Covalente kristallen: Atomen in covalente kristallen zijn verbonden door covalente bindingen. Zuivere niet-metalen vormen covalente kristallen (bijv. Diamant) evenals covalente verbindingen (bijv. Zinksulfide).
- Moleculaire kristallen: Hele moleculen zijn op een georganiseerde manier met elkaar verbonden. Een goed voorbeeld is een suikerkristal, dat sucrosemoleculen bevat.
- Metallic kristallen: Metalen vormen vaak metalen kristallen, waarbij sommige valentie-elektronen vrij door het rooster kunnen bewegen. IJzer kan bijvoorbeeld verschillende metaalkristallen vormen.
- Ionische kristallen: Elektrostatische krachten vormen ionische bindingen. Een klassiek voorbeeld is een haliet of zoutkristal.
Kristallen roosters
Er zijn zeven systemen van kristalstructuren, die ook wel worden genoemd roosters of ruimte roosters:
- Kubiek of isometrisch: Deze vorm omvat octaëders en dodecaëders, evenals kubussen.
- Tetragonaal: Deze kristallen vormen prisma's en dubbele piramides. De structuur is als een kubusvormig kristal, behalve dat de ene as langer is dan de andere.
- Orthorhombisch: Dit zijn ruitvormige prisma's en dipyramiden die op tetragons lijken, maar zonder vierkante doorsneden.
- Zeshoekig: Zeszijdige prisma's met een zeshoekige doorsnede.
- Trigonal: Deze kristallen hebben een drievoudige as.
- Triclinic: Triclinische kristallen zijn meestal niet symmetrisch.
- Monoklinisch: Deze kristallen lijken op scheve tetragonale vormen.
Roosters kunnen één roosterpunt per cel of meer dan één hebben, wat een totaal van 14 Bravais kristalroostersoorten oplevert. Bravais-roosters, genoemd naar natuurkundige en kristallograaf Auguste Bravais, beschrijven de driedimensionale reeks die is gemaakt door een reeks afzonderlijke punten.
Een stof kan meer dan één kristalrooster vormen. Water kan bijvoorbeeld hexagonaal ijs vormen (zoals sneeuwvlokken), kubusvormig ijs en ruitvormig ijs. Het kan ook amorf ijs vormen.
Koolstof kan diamant (kubisch rooster) en grafiet (zeshoekig rooster) vormen.
Hoe kristallen zich vormen
Het proces van het vormen van een kristal wordt genoemd kristallisatie. Kristallisatie treedt gewoonlijk op wanneer een vast kristal uit een vloeistof of oplossing groeit.
Als een hete oplossing afkoelt of een verzadigde oplossing verdampt, deeltjes trekken dicht genoeg in de buurt om chemische bindingen te vormen. Kristallen kunnen ook worden gevormd door afzetting direct vanuit de gasfase. Vloeibare kristallen bezitten deeltjes die op een georganiseerde manier zijn georiënteerd, zoals vaste kristallen, maar kunnen toch stromen.