Die Kristallchemie (griechisch κρύσταλλος oder „Eis“ und χημεία oder „Chemie“) ist die Untersuchung der Beziehungen zwischen der chemischen Zusammensetzung von kristallinen Materialien und Strukturen , sowie deren Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften. Es stellt somit die Verbindung zwischen Kristallographie , Festkörperchemie und der Physik der kondensierten Materie her . Ein verwandter Zweig der Kristallochemie ist die Chemie von Komplexen .
Die Kristallochemie wurde aus der Mineralogie und später aus der Kristallographie entwickelt. Im XIX - ten Jahrhundert wurde die Entwicklung durch die Erfindung der „verfolgt Goniometer für Gedanken“ ( William Hyde Wollaston , 1809), die Entdeckung der Isomorphie und Polymorphie ( Eilhard Mitscherlich , 1819) und die Chiralität ( Louis Pasteur , 1848).
Zu Beginn des XX - ten Jahrhunderts, die ersten Experimente Röntgenbeugung (Walter Friedrich und Paul Knipping Max von Laue , 1912) war ein wichtiger Schritt in der systematischen Analyse von Kristallstrukturen. Von 1923 bis 1926 legte Victor Goldschmidt , der als einer der Begründer der Kristallochemie und Geochemie gilt , seine Strukturprinzipien für einfache Verbindungen fest. Die Hauptregel dieser Prinzipien lautet wie folgt: „Die Kristallstruktur eines Materials wird durch die Größe und die Polarisationseigenschaften seiner Komponenten verursacht. Diese Komponenten sind Atome (oder Ionen) und Gruppen von Atomen. ""
Victor Goldschmidt und Fritz Laves stellten die raumfüllenden Postulate für eine stabile Kristallstruktur mit minimaler retikulärer Energie auf (Atome oder Ionen werden für diese Postulate geometrisch als harte Kugeln betrachtet):
Zusätzlich hat der Atom- oder Ionenradius (der je nach Art der Bindung variieren kann ) einen Einfluss auf die Struktur. Zum Beispiel in einigen Verbindungen wie Olivin (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ]Kann die Kristallstruktur als beschrieben kompakten hexagonalen Stapel von Sauerstoffatomen , mit den anderen kleineren Atome Oktaederlücken (besetzen Magnesium- und Eisenatome ) und tetraedrischen Stellen ( Siliciumatome ).
Die Art der chemischen Bindungen in einem Kristall kann homodesmisch (ein vorherrschender Bindungstyp) oder heterodesmisch (stabile und isolierte Gruppen von Atomen oder Komplexen, die in einer größeren Struktur enthalten sind) sein. Das Pyrit FeS 2 ist ein Beispiel für eine Hétérodesmique-Verbindung ( kovalente Bindung zwischen den Schwefelatomen, Ionenbindung zwischen Schwefel und Eisen).
Die Regeln Pauling gelten für Ionenkristalle, bei denen die Ionenbindungen überwiegen.
Die wichtigsten Versuchsmethoden in crystallochemistry sind radiocrystallography ( Beugung von Röntgenstrahlen , Neutronen , usw. ) sowie die Methoden der analytischen Chemie (wie Spektroskopie ) und die physikalischen Chemie (Ermittlung von Phasendiagrammen und Übergängen der Phase ).
Die Kristallochemie gruppiert mineralogische Verbindungen in Strukturtypen, die nach ihrer Stöchiometrie und der Reihenfolge ihrer Entdeckung unterteilt sind. Diese Klassifizierung basiert auf dem von Carl Hermann und Paul Peter Ewald entwickelten Strukturbericht . Die Reihenfolge der Befunde ist nummeriert (1, 2, ...) und die Stöchiometrie wird durch einen Buchstaben vermerkt:
Beispielsweise ist C4 der Strukturtyp von Rutil- TiO 2 und E 2 , der von Ilmenit FeTiO 3 , der aus dem Strukturtyp von α-Al 2 O 3 erhalten werden kann durch abwechselndes Ersetzen der Aluminiumschichten durch Eisenschichten und Titanschichten.
Bei Mineralien werden als Klassifikationen die Strunz- Klassifikation und die Dana-Klassifikation verwendet .