Viror-Teilprojekt
Kristallographie - Strukturchemie - Materialwissenschaften
Am Beispiel eines geometrischen Körpers (des sog. ß-Käfigs)
wird die interdisziplinäre Verknüpfung
zwischen den Fächern
Kristallographie, Mineralogie, Geologie, Chemie, Materialwissenschaften und Physik aufgezeigt:
beginnend mit der Analyse und Klassifizierung der Symmetrie des Bausteins
über die räumliche Verknüpfung zu unterschiedlichen Festkörpern,
das Vorkommen in den Strukturen natürlicher Minerale
bis hin zur Bedeutung in technisch wichtigen Materialien.
Zum Verständnis komplexer räumlicher Strukturen bieten die neuen Medien - über die klassische
Darstellung mit 3D-Modellen hinaus - die Möglichkeit der Visualisierung durch bewegte und bewegbare
Abbildungen (z.B. mittels Virtual Reality Modeling Language, VRML).
Als Auszug aus den Vorlesungs- und Übungsmaterialien:
ein Beispiel....
"Vom geometrischen Körper zum technischen Material"
1) ß-Käfig: Zwischen Oktaeder und Würfel
Würfel, Oktaeder und ß-Käfig besitzen dieselbe Symmetrie. Sie gehören
kristallographisch zur Punktgruppe m3m.
Die ersten VRML-Bilder zeigen den Zusammenhang zwischen
Oktaeder, gekapptem Oktaeder (ß-Käfig), Kuboktaeder, gekapptem Würfel und Würfel
(durch Abschneiden der Ecken, statische und VRML-Bilder)
Einige der Symmetrieelemente der hochsymmetrischen Punktgruppe m3m sind in den
folgenden Abbildungen erklärt. Flächen entsprechen Spiegelebenen, die Drehachsen sind als
Stäbe eingezeichnet:
Symmetrieelemente alleine, entlang der
HIER gibts den Bastelbogen zum ß-Käfig.
Der ß-Käfig zeigt wie Würfel und Oktaeder (s.u.) alle Symmetrielemente
der Punktgruppe. Dazu die folgenden Abbildungen des Polyeders mit den
Symmetrielementen:
Zum Vergleich hier noch Oktaeder und Würfel in derselben Darstellung:
- Oktaeder mit Symmetrieelementen entlang der
- Würfel mit Symmetrieelementen entlang der
2) ß-Käfig als Bauelement natürlicher Minerale
ß-Käfige sind Raumteiler. Sie lassen sich dicht packen und füllen dabei den Raum vollständig aus
(VRML-Bild aus
Kap. 8.8. der Vorlesung
Silicatchemie).
Diese Verknüpfung liegt z.B. in den Ultramarinen vor.
In diesen sind in den ß-Käfigen farbige Ionen eingeschlossen, z.B. Schwefel-Anionen im
Lapis-Lazuli
(Bild 1
und Bild 2).
Synthetische Ultramarine (LINK!) sind bis heute wichtige Blaupigmente.
3) ß-Käfig als Bauelement technisch wichtiger Materialien
Durch Verknüpfung von ß-Käfigen z.B. mit Würfeln entstehen Festkörper mit großen Hohlräumen, die
Zeolithe (z.B. der Zeolith A).
Andere Verknüpfungen siehe hier.)
Zeolithe werden in der Technik vielfach eingesetzt, z.B. als Katalysatoren in der Petrochemie oder als
Ionenaustauscher.