Kristalle und Gitterstrukturen

Erklärung: Ein Kristall ist Materie mit Fernordnung: Wenn man weiß, wo ein Teilchen steht, weiß man (in alle Richtungen) auch, wo alle anderen stehen. Diese geordnete Struktur erklärt typische Kristalleigenschaften — gerade Flächen, scharfe Schmelzpunkte, Spaltbarkeit.

Erklärung: Die Elementarzelle ist der "Baustein des Bauplans": Wenn man sie unendlich oft in alle drei Raumrichtungen aneinanderlegt, entsteht der ganze Kristall. Bekannte Elementarzellen sind kubisch primitiv, kubisch flächenzentriert (NaCl, Cu) und kubisch raumzentriert (Fe).

Erklärung: Im NaCl-Kristall sitzt jedes Na⁺ von 6 Cl⁻ umgeben (und umgekehrt) — eine kubisch flächenzentrierte Anordnung. Die Coulomb-Anziehung zwischen entgegengesetzten Ladungen hält das Gitter zusammen. Daraus folgen typische Salzeigenschaften: hart, spröde, hoher Schmelzpunkt.

Erklärung: Salzkristalle sind hart, weil sich die Ionen im Gitter stark anziehen – aber spröde: Der Schlag verschiebt eine Ionenschicht um einen Platz, plötzlich sitzen Na⁺ neben Na⁺ und Cl⁻ neben Cl⁻. Die gleichnamigen Ladungen stoßen sich ab, und der Kristall spaltet entlang einer Gitterebene – darum entstehen glatte Flächen statt Krümel. Metalle dagegen verbiegen sich.

Erklärung: Im Diamantgitter ist jedes Kohlenstoffatom Mittelpunkt eines Tetraeders aus vier weiteren C-Atomen. Diese durchgehende Vernetzung macht den Diamant zum härtesten natürlichen Stoff — es gibt keine Schwachstelle, an der das Gitter leicht bricht.

Erklärung: Diamant und Graphit sind Modifikationen ("Allotrope") desselben Elements Kohlenstoff. Innerhalb einer Graphitschicht (sechseckiges Wabenmuster) sind die C–C-Bindungen sehr stark, aber zwischen den Schichten herrschen nur schwache Van-der-Waals-Kräfte — die Schichten gleiten leicht ab, weshalb Graphit als Bleistiftmine taugt.

Erklärung: Richtig — das Elektronengasmodell. Die Atomrümpfe (positiv geladen, weil sie Außenelektronen abgegeben haben) bilden ein dichtgepacktes Gitter; das "Elektronengas" hält sie zusammen. Daraus folgen die typischen Metalleigenschaften: elektrisch leitfähig, verformbar, glänzend.

Erklärung: Das ist der entscheidende Unterschied. Beim Metall fließt das Elektronengas um die verschobenen Atomrümpfe herum — die Bindung bleibt erhalten. Beim Salz sind die Vorzeichen fest an die Ionen gebunden, jede Verschiebung um einen halben Gitterabstand stoppt die Anziehung.

Erklärung: In einem Molekülkristall sitzen ganze Moleküle (hier H₂O) auf den Gitterplätzen. Die Wasserstoffbrücken im Eisgitter sind richtungsabhängig und führen zu einer sehr offenen, sechseckigen Struktur — deshalb ist Eis weniger dicht als flüssiges Wasser und schwimmt oben.

Erklärung: Beispiele: Im NaCl-Gitter hat jedes Na⁺ die Koordinationszahl 6 (sechs Cl⁻-Nachbarn auf Würfelmitten). Im CsCl-Gitter ist sie 8. In dichtester Kugelpackung (z. B. Cu, Au) hat jedes Atom 12 Nachbarn — die maximale Koordinationszahl für gleich große Kugeln.

Erklärung: Richtig. Beim Schmelzpunkt liefert die Wärme genau die Energie, die nötig ist, um die Gitterbindungen aufzuheben. Wie hoch dieser Punkt liegt, hängt davon ab, wie stark die Gitterkräfte sind: Salz (NaCl) schmilzt erst bei 801 °C, Eis bei 0 °C, Trockeneis (CO₂) verdampft sogar direkt aus dem festen Zustand.