Kristal (natuurwetenschappen)

Voor andere betekenissen van kristal, zie kristal

Een kristal is een hoeveelheid ordelijk gerangschikte atomen of moleculen. 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 atomen of moleculen die niet ordelijk gerangschikt zijn, worden amorf genoemd. De bekendste amorfe stof is glas, en zelfs kristalglas is, ondanks de naam, geen kristal.

De ordelijke rangschikking in een kristal bestaat uit een opeenstapeling van groepjes atomen of moleculen (eenheidscellen) die zich in drie richtingen steeds herhalen. De totale structuur die in die rangschikking ontstaat, wordt een kristalstructuur genoemd. Alle mogelijke eenheidscellen zijn wiskundig te beschrijven door middel van de veertien bravaistralies. De habitus van een kristal is de totale verzameling van kristalvlakken die de macroscopische vorm van het kristal bepalen.

[bewerk] Vorming

Een kristal kan op meerdere manieren gevormd worden. Dit noemt men kristalgroei of kristallisatie. Eén van de manieren is het langzaam afkoelen van een stof vanuit de vloeibare toestand. Her en der in de smeltfase 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 (korrels). Elk stukje kristal heeft haar atomen of moleculen in dezelfde richting staan, 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 echter ook éénkristallen gevormd worden. Bij éénkristallen zijn er geen korrelgrenzen of korrels ontstaan, maar bestaat het hele materiaal slechts uit één korrel, ofwel álle groepen atomen cq moleculen bevinden zich in dezelfde stand. Een zuivere diamant is een voorbeeld van een éénkristal, maar ook suiker is in staat om als éénkristal uit te groeien. In de halfgeleidertechnologie worden éénkristallen van silicium gebruikt.

[bewerk] Onderzoek

Onderzoek aan kristallen kan onder meer worden uitgevoerd middels röntgendiffractie. 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.