Die Kristallmorphologie ist ein Begriff aus der Kristallographie und der Mineralogie und beschreibt die Form eines Kristalls, der aus geometrisch bestimmten Flächen, Kanten und Ecken besteht. Zwei aneinander stoßende Kristallflächen bilden dabei eine Kristallkante und mindestens drei Kanten eine Kristallecke. Je nach Kristallsystem und Kristallklasse schließen die Kanten dabei bestimmte, für die betreffende Kristallklasse charakteristische Winkel ein.
Um die Lage von Kristallflächen und -kanten im Raum mathematisch zu beschreiben, bedient sich der Mineraloge verschiedener Indizes. Mit den Millerschen Indizes (hkl) wird dabei die Lage der Flächen in Bezug auf das Achsensystem des Kristalls beschrieben, mit den Richtungsindizes [uvw] die Richtung der Kanten.
Kristallfläche mini|Kombination Würfel {100} mit Oktaeder {111}, würfeliger Habitus mini|Gleiche Tracht: {100} und {111}, aber oktaedrischer Habitus
Die Kristallflächen bilden die äußere Begrenzung des Kristallkörpers und liegen parallel zu den Gitter- bzw. Netzebenen der dem Kristall innewohnenden Kristallstruktur, die wiederum von seiner chemischen Zusammensetzung abhängt. Durch Symmetrieoperationen ineinander überführbare kristallographische Flächen heißen Form (siehe unten: Abschnitt Kristallform). Die Kombination der ausgebildeten Formen heißt Tracht. Dieser Begriff ist nicht zu verwechseln mit dem Habitus, der die geometrische Ausdehnung eines Kristalls beschreibt (vgl. die beiden Abbildungen rechts). Der Habitus kann z. B. stängelig, faserig, plattig oder isometrisch sein.
Kristallflächen bilden sich bevorzugt an den Netzebenen, die die dichteste Packung (größte Anzahl von Atomen) und gleichzeitig möglichst wenig freie, offene Valenzen aufweisen (chemische Neutralität). Bei idealen Kristallen besitzen die Flächen eine klare Geometrie (Dreieck, Viereck, Sechseck) und bilden zusammen regelmäßige Körper (siehe platonischer Körper, catalanischer Körper). Bei Kristallen, die ihre Eigengestalt störungsfrei voll entwickeln konnten, spricht man auch von idiomorphen Kristallen. Welche Gestalt dies ist, bestimmt die jeweilige Kristallklasse, der der Kristall angehört. Ein idiomorpher Kristall ist daher nicht gleichzusetzen mit einem holoedrischen Kristall.
Natürliche Kristalle bilden sich nur selten in der idealen Form, bedingt durch Störungen der Stoffzufuhr und das anisotrope Verhalten beim Wachsen des Kristalls während der Kristallisation oder durch gegenseitige Behinderung bei vielen gleichzeitig entstehenden Kristallen, z. B. bei schneller Abkühlung. Kristallflächen können somit verzerrt sein oder sogar ganz fehlen. Sie stehen jedoch zum einen immer konvex zueinander, was bedeutet, dass sie sich vom Kristallmittelpunkt „wegbeugen“, und zum anderen bleiben trotz aller Verformungen die Winkel zwischen den Flächen immer konstant. Bei Kristallen, die ihre Eigengestalt aufgrund der genannten Störungen nur teilweise entwickeln konnten, spricht man von hypidiomorphen Kristallen.
Wird ein Kristall während des Wachstums so sehr gestört, dass er seine Eigengestalt gar nicht entwickeln konnte, spricht man von xenomorphen Kristallen.
Kristallform mini|links|Beispiel für die Kombination einer offenen Form (hexagonales Prisma) mit einer geschlossenen (Rhomboeder) In der Kristallographie bezeichnet man als Form (seltener Kristallform oder Flächenform; engl. form, crystal form, face form, frz. formeIUCr Online Dictionary of Crystallographie: Form.) die Gesamtheit aller zueinander symmetrieäquivalenten Kristallflächen. Eine Kristallform wird mit dem Symbol {hkl} bezeichnet, also den Millerschen Indizes (hkl) einer der Flächen in geschweiften Klammern.
Beispielsweise bezeichnet man mit im kubischen Kristallsystem die aufgrund der kubischen Symmetrie äquivalenten Ebenen , , , , und , was den sechs Oberflächen eines Würfels entspricht.
Einteilung Offene und geschlossene Formen Kristallformen können geschlossene Körper (Polyeder) wie Würfel oder Oktaeder bilden. Daneben gibt es aber auch offene Formen, wie das Pinakoid, Prismen und Pyramiden; solche offenen Formen müssen an einem Kristall mit anderen Formen kombiniert sein. Man beachte, dass die Basisflächen von Prismen oder Pyramiden – anders als in der Schulgeometrie – nicht zur Form dazugehören; sie sind nämlich nicht symmetrieäquivalent zu den eigentlichen Prismen- oder Pyramidenflächen. Ein tetragonales (quadratisches) Prisma hat in der Kristallographie also vier, nicht sechs Flächen.
Insgesamt gibt es 17 offene (18, wenn man das Dieder in Doma und Sphenoid unterteilt) und 30 geschlossene Sorten kristallographischer Formen.Paul Niggli: Zur Topologie, Metrik und Symmetrie der einfachen Kristallformen. Schweiz. Mineral. u. Petrogr. Mitt. 43 (1963) S. 49–58.
Allgemeine, spezielle und Grenzformen Daneben unterscheidet man: allgemeine Formen. Die allgemeine Form {hkl} bzw. {hkil} geht aus einer „Fläche allgemeiner Lage“ (hkl) bzw. (hkil) hervor, d. h. die Fläche liegt nicht parallel oder senkrecht zu einer Spiegelebene oder senkrecht zu einer Drehachse; die Indizes h, k, l bzw. h, k, i, l sind im Allgemeinen nicht null, aber paarweise verschieden. Andernfalls handelt es sich um spezielle Formen. spezielle Formen Grenzformen. Sie nehmen eine Zwischenstellung ein: sie haben die gleiche Flächenzahl und Symmetrie wie die allgemeine Form, sind jedoch wie eine spezielle Form parallel oder senkrecht zu einer Spiegelebene oder senkrecht zu einer Drehachse. Zum Beispiel ist die allgemeine Form der Kristallklasse 3 die trigonale Pyramide {hkil}; wird der Index l immer kleiner, die Flächen also immer steiler, so ergibt sich als Grenzform das trigonale Prisma {hki0}. Eine spezielle Form in dieser Kristallklasse wäre die Basisfläche (das Pedion) (0001).
Begriffliche Abgrenzung Die kristallographische Bedeutung des Begriffs Kristallform unterscheidet sich deutlich von der umgangssprachlichen: die „Form“ eines Kristalls im umgangssprachlichen Sinn wird eher durch die Fachbegriffe Tracht und Habitus beschrieben. Ein einzelner Kristall hat genau eine Tracht und einen Habitus, aber in der Regel mehrere (kristallographische) Formen, vgl. die Abbildung links.
Insbesondere in der Kristallographie organischer Molekülverbindungen und biologischer Makromoleküle wird mit dem Begriff Kristallform häufig eine Modifikation im Sinne der Polymorphie bezeichnet, die sich in der Packung der Moleküle und damit in der Regel in der Raumgruppe und den Gitterparametern von anderen Kristallformen unterscheidet.
Kristallformen nach Kristallsystem Die folgenden Tabellen geben einen Überblick über alle Formen der 32 Kristallklassen. Nebeneinander stehen zunächst die allgemeine Form {hkl}, dann die speziellen und Grenzformen. Angegeben ist jeweils der Name der Form mit Synonymen sowie die Zahl der Flächen.
Triklines Kristallsystem Kristallklasse {hkl} triklin-pedial 40px Pedion (1) triklin-pinakoidal 40px Pinakoid (2)
Monoklines Kristallsystem Kristallklasse allgemeine Form Grenzformen spezielle Formen {hkl} {h0l} {010} monoklin-sphenoidisch 40px Sphenoid (2) (Klino-) Pinakoid (2) Pedion (1) monoklin-domatisch 40px Doma (2) Pedion (1) (Ortho-) Pinakoid (2) monoklin-prismatisch monoklines Prisma (4) (Klino-) Pinakoid (2) (Ortho-) Pinakoid (2)
Orthorhombisches Kristallsystem Kristallklasse allgemeine Form Grenzformen spezielle Formen {hkl} {hk0} {h0l} und {0hl} {100} und {010} {001} rhombisch-pyramidal 40px rhombische Pyramide (4) 40px rhombisches Prisma (4) Doma (2) Pinakoid (2) Pedion (1) rhombisch-disphenoidisch 40px rhombisches Disphenoid (4) 40px rhombisches Prisma (4) 40px rhombisches Prisma (4) Pinakoid (2) rhombisch-dipyramidal 40px rhombische Dipyramide (8) 40px rhombisches Prisma (4) 40px rhombisches Prisma (4) Pinakoid (2)
Tetragonales Kristallsystem Kristallklasse {hkl} {h0l} {hhl} {hk0} {100} und {110} {001} tetragonal-pyramidal 40px tetragonale Pyramide (4) 40px tetragonales Prisma (4) Pedion (1) tetragonal-disphenoidisch 40px tetragonales Disphenoid (4) 40px tetragonales Prisma (4) Pinakoid (2) tetragonal-dipyramidal 40px tetragonale Dipyramide (8) 40px tetragonales Prisma (4) Pinakoid (2) ditetragonal-pyramidal 40px ditetragonale Pyramide (8) 40px tetragonale Pyramide (4) 40px ditetragonales Prisma (8) 40px tetragonales Prisma (4) Pedion (1) tetragonal-skalenoedrisch 40px tetragonales Skalenoeder (8) 40px tetragonale Dipyramide (8) 40px tetragonales Disphenoid (4) 40px ditetragonales Prisma (8) 40px tetragonales Prisma (4) Pinakoid (2) tetragonal-trapezoedrisch 40px tetragonales Trapezoeder (8) 40px tetragonale Dipyramide (8) 40px ditetragonales Prisma (8) 40px tetragonales Prisma (4) Pinakoid (2) ditetragonal-dipyramidal 40px ditetragonale Dipyramide (16) 40px tetragonale Dipyramide (8) 40px ditetragonales Prisma (8) 40px tetragonales Prisma (4) Pinakoid (2)
Trigonales Kristallsystem Kristallklasse {hkil} {h0l} {hh l} {hki0} {100} {110} {0001} trigonal-pyramidal 40px trigonale Pyramide (3) 40px trigonales Prisma (3) Pedion (1) rhomboedrisch 80px Rhomboeder (6) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2) ditrigonal-pyramidal 40px ditrigonale Pyramide (6) 40px trigonale Pyramide (3) 40px hexagonale Pyramide (6) 40px ditrigonales Prisma (6) 40px trigonales Prisma (3) 40px hexagonales Prisma (6) Pedion (1) trigonal-trapezoedrisch 40px trigonales Trapezoeder (6) 80px Rhomboeder (6) 40px trigonale Dipyramide (6) 40px ditrigonales Prisma (6) 40px hexagonales Prisma (6) 40px trigonales Prisma (3) Pinakoid (2) ditrigonal-skalenoedrisch 40px ditrigonales Skalenoeder (12) 80px Rhomboeder (6) 40px hexagonale Dipyramide (12) 40px dihexagonales Prisma (12) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2)
Hexagonales Kristallsystem Kristallklasse {hkil} {h0l} {hh l} {hki0} {100} {110} {0001} hexagonal-pyramidal 40px hexagonale Pyramide (6) 40px hexagonales Prisma (6) Pedion (1) trigonal-dipyramidal 40px trigonale Dipyramide (6) 40px trigonales Prisma (3) Pinakoid (2) hexagonal-dipyramidal 40px hexagonale Dipyramide (12) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2) dihexagonal-pyramidal 40px dihexagonale Pyramide (12) 40px hexagonale Pyramide (6) 40px dihexagonales Prisma (12) 40px hexagonales Prisma (6) Pedion (1) ditrigonal-dipyramidal 40px ditrigonale Dipyramide (12) 40px trigonale Dipyramide (6) 40px hexagonale Diyramide (12) 40px ditrigonales Prisma (6) 40px trigonales Prisma (3) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2) hexagonal-trapezoedrisch 40px hexagonales Trapezoeder (12) 40px hexagonale Dipyramide (12) 40px dihexagonales Prisma (12) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2) dihexagonal-dipyramidal 40px dihexagonale Dipyramide (24) 40px hexagonale Dipyramide (12) 40px dihexagonales Prisma (12) 40px hexagonales Prisma (6) Pinakoid (2)
Kubisches Kristallsystem