Warum sind Sachen unrund?
Why are things unround?


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Unrundes in der Natur / Unround things in nature
Kristalle / Crystals
25.11.2010

Die meisten Minerale und viele organische Stoffe sind aus Kristallen aufgebaut. Manchmal sind diese Kristalle so groß, dass wir ihre Schönheit und regelmäßige Kantigkeit mit bloßem Auge erkennen können. Meistens ist der Stein oder das Metall in unserer Hand aber polykristallin, also aus vielen kleinen miteinander verhakten Mikrokristallen aufgebaut. Jeder dieser Mikrokristalle besteht aber seinerseits aus einer riesigen Zahl gleicher Atome, Atomgruppen oder Moleküle, die sich regelmäßig angeordnet oder gepackt haben. Nicht kristallin sind z.B. Glas (unregelmäßige Atomanordnung), Plastik, Holz, Pflanzen und Lebewesen allgemein.
Most minerals and many organic materials are built up by crystals. Sometimes, these crystals are so large that we can recognize their beauty and regular angular shape with the naked eye. But mostly, they are polycrystalline and consist of many small and tightly packed micro crystals. Each micro crystal is built up by a huge number of identical atoms, atom groups or molecules, arranged in a regular and periodic way. Examples of non-crystalline materials are glass (irregular atom arrangement), plastics, wood, plants and living organisms in general.

Atome packen sich aneinander, weil sie chemische Bindungen miteinander eingehen wollen, im einfachsten Fall (z.b. bei Metallen) zu möglichst vielen Nachbarn. Bei Oxiden und anderen Verbindungen kommt als Komplikation dazu, dass die Atome ihre Nachbarn nur in bestimmten Richtungen haben wollen. Im Prinzip wollen aber alle* so wenig Oberfläche bilden wie möglich und erst recht keine Ecken und Kanten, denn dort haben sie weniger Nachbarn. Am liebsten würden sie kugelförmig (minimale Oberfläche), aber weil regelmäßige Packung immer zu geraden Reihen und Ebenen führt, hätte eine Kugelform atomar gesehen sehr viele kleine Ecken und Kanten in Form atomarer Stufen. Der Kompromiss zwischen maximaler Kompaktheit und einem Minimum an Ecken und Kanten sind oft einfache und regelmäßige Kristallformen.
Atoms bind together because they want to form chemical bonds, in the simplest case (most metals) with as many neighbors as possible. A complication in many compounds is that the atoms want neighbors only in special directions. But all want to form crystals with as little outer surface and as few corners and edges as possible)* since there they some neighbors are missing. Best would be a spherical outer shape (minimal surface) but since regular packing always results in straight rows and planes, a spherical shape would yield many corners and edges in form of atomic steps. The comprimise between a maximum of compactness and a minimum of corners and edges are often simple and regular crystal shapes.

* im Prinzip; es gibt aus bestimmten Gründen viele Ausnahmen, siehe z.B.
*in principle; because of special reasons there exist many exceptions, see e.g.
Eiskristalle / ice crystals


27 Kugeln in einem Uhrglas rollen aufeinander zu ("ziehen sich an"). Zunächst ungeordnet und wenig kompakt (1) ordnen sie sich durch leichtes Klopfen zu einem kantigen "Kristall" (2) bis (4). Jede Kugel im Inneren ist von sechs Kugeln umgeben (hexagonal dichte Packung).
27 balls in a watch glass roll to each other ("attract each other"). First disordered and fairly open (1), they order by slight knocking to an angular "crystal" (2) to (4). Each inner ball is then surrounded by six balls (hexagonal close packing).


Oberfläche von Magnetit (Fe3O4), aufge-nommen mit einem Raster-Tunnelmikroskop. Die runden hellen Flecken sind Eisenatome und bilden eine hexagonal dichte Packung. Einige Eisenatome fehlen (eigene Arbeit, Fritz-Haber-Institut d. Max-Planck-Ges.).
Surface of magnetite (Fe3O4), taken with a scanning tunneling microscope. The round bright balls are iron atoms and are hexagonally close packed. Some iron atoms are missing (own work, Fritz-Haber-Institut d. Max-Planck-Ges.).



Das Eisenoxid Magnetit (Fe3O4) bildet hübsche kompakte Kristalle. Lange Kante etwa 2 cm.
The iron oxide magnetite (Fe3O4) forms pretty and compact crystals. Long edge ~2 cm.


Zwei fast würfelförmige Pyritkristalle (FeS2), Kantenlänge ~8 mm, in Kalkstein.
Two almost cube-shaped pyrite crystals (FeS2), edge length ~8 mm, in lime stone.


Zucker ist eine organische Verbindung und bildet fast würfelförmige Kristalle. Auch bei gewöhnlichem Salz lohnt es sich, eine Lupe zu Hilfe zu holen.
Sugar is an organic compound and forms almost cubic crystals. Also normal salt grains (NaCl) are cubes.


Granit und Gneis sind Mineralmischungen (Feldspat, Quarz und Glimmer ...). Gelegentlich bilden sich größere Kristalle. Hier ein Feldspatkristall aus Quetschkies (Värmland, Schweden).
Granite and gneiss are mineral mixtures. Sometimes, larger crystals are formed. Here a feldspar crystal from broken gravel (Värmland, Sweden).


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