Wie entstehen Salzwürfel? Kristallstruktur und Elementarzelle

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1 / 15 Eine SalzzelleDieser Würfel mit 0,564 nm Kantenlänge ist die Steinsalz-Elementarzelle. Natrium (violett) und Chlor (grün) wechseln entlang jeder Kante; Beschriftungen unterscheiden sie.

Ziehen zum Drehen. Mausrad oder zwei Finger zum Zoomen.

01
Eine Salzzelle
Dieser Würfel mit 0,564 nm Kantenlänge ist die Steinsalz-Elementarzelle. Natrium (violett) und Chlor (grün) wechseln entlang jeder Kante; Beschriftungen unterscheiden sie.
02
Zellen zum Block stapeln
Vier Zellen je Kante ergeben 64 Zellen. Kleine Zellen sind bis zu 10 × 10 × 10 stapelbar, mit tausenden gleichzeitig gezeichneten Ionen.
03
Warum Salz würfelig spaltet
Der Block trennt sich entlang einer {100}-Ebene, einer von drei rechtwinkligen. Jedes Stück ist wieder ebenflächig; deshalb bleibt auch zerstoßenes Salz würfelig.
04
Von Zellen zum Korn
Die Formstufe zeigt den gewachsenen Kristall. Ein 1 mm breites Salzkorn enthält etwa 5,6 × 10¹⁸ gleich ausgerichtete Zellen.
05
Diamant: vier Bindungen
Jedes Kohlenstoffatom bindet vier Nachbarn in 0,154 nm Abstand. Das blaue Tetraeder verbindet sie. Die kubische Zelle misst 0,357 nm und enthält 8 Atome.
06
Graphit: 0,335 nm Schichtabstand
Derselbe Kohlenstoff als flache Sechsecknetze: je 3 Nachbarn im Abstand von 0,142 nm, die Schichten 0,3355 nm auseinander.
07
Eis und Wasserstoffbrücken
Jedes Wassermolekül richtet zwei Wasserstoffatome auf zwei Nachbarn und empfängt je eines von zwei weiteren. Offene Ringe aus blauen Bindungen lassen Eis schwimmen.
08
Metalle packen Kugeln dicht
Kupfer ist kubisch flächenzentriert: Jedes Atom berührt 12 andere. Die Kugeln füllen 74%, das Maximum für gleiche Kugeln.
09
Vierzehn Wiederholungsarten
Jeder Kristall beruht auf einem von 14 Bravais-Gittern. Hier kubisch raumzentriert: Ecken und ein Mittelpunkt. Das Labor listet alle 14 auf.
10
Eine (111)-Ebene schneiden
Miller-Indizes benennen Ebenen. Bei h = k = l = 1 werden Würfelecken abgeschnitten. Kupferatome bilden darauf die dichteste Dreiecksanordnung.
11
Röntgenreflexion an Ebenen
Braggs Gesetz n λ = 2 d sin θ: Die (2 0 0)-Ebenen von Salz haben 0,282 nm Abstand. Cu Kα mit 1,5406 Å reflektiert bei 2θ = 31,70°. Die Eckgrafik zeigt alle Reflexe.
12
Eisen wechselt bei 912 °C
Über 912 °C wird α-Eisen kubisch flächenzentriert. Diese Umwandlung und der im neuen Gitter gelöste Kohlenstoff ermöglichen die Stahlwärmebehandlung.
13
Eine Versetzung
Vom Linienende aus gesehen endet eine zusätzliche halbe Kupferebene am ⊥. Solche Linien bewegen sich Reihe für Reihe und lassen Metall bei kleiner Spannung fließen.
14
Quarz wächst sechsseitig
Quarz ist trigonal: ein sechsseitiges Prisma mit rhomboedrischen Endflächen. Steno fand 1669 unveränderliche Winkel zwischen diesen Flächen.
15
Eine Zelle wiegen
Dichte ist Zellmasse durch Zellvolumen, ρ = Z·M / (N_A·V). Salz ergibt 2,163 g/cm³ gegenüber gemessenen 2,168. Alle gezeichneten Ionen zu zählen ergibt zu viel, weil Flächenionen mit Nachbarzellen geteilt werden.

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