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Lexikon der Chemie: Mischkristall

Mischkristall, eine homogene kristalline Mischung, die gebildet wird, wenn in das Gitter eines kristallinen Stoffes (Wirtsgitter) bestimmte Mengen eines anderen Stoffe (Gastkomponente) eingebaut werden, ohne daß sich dabei der Strukturtyp des Wirtsgitters ändert. Mischkristallbildung tritt besonders ausgeprägt bei Metallen und Ionensubstanzen auf.

Für den Einbau der Gastkomponente gibt es zwei Grenzfälle. 1) Substitutionsmischkristalle. In ihnen sind Bausteine des Wirtskristalles durch solche der Gastkomponente ersetzt, letztere nehmen also reguläre Gitterplätze ein. Voraussetzungen für die Bildung von Substitutionsmischkristallen sind annähernd gleiche Größe (Toleranzgrenze etwa 10 bis 15 %) und annähernd gleiche Gestalt der verschiedenen Gitterbausteine sowie Gleichheit oder weitgehende Ähnlichkeit der Kristallgittertypen der reinen Mischungskomponenten. Die Substitution kann in beliebigem Mengenverhältnis möglich sein (lückenlose Mischkristallbildung) oder sich auf bestimmte Konzentrationsbereiche beschränken (Auftreten einer Mischungslücke im System). Substitutionsmischkristalle bilden z. B. Kupfer und Gold, Kaliumchlorid KCl und Rubidiumbromid RbBr sowie Bariumsulfat BaSO4 und Kaliumpermanganat KMnO4, dagegen sind Natriumchlorid NaCl und Kaliumchlorid KCl infolge der unterschiedlichen Kationengröße nur in ganz geringem Maße mischbar. Die austauschbaren Bausteine besetzen im allgemeinen in statistisch ungeordneter Weise symmetrieäquivalente Gitterpositionen. Für die Gitterabmessungen des M. gilt in diesem Fall die Vegardsche Regel. Durch Kristallisation unter geeigneten Bedingungen kann aber auch eine Überstruktur ausgebildet werden.

2) Einlagerungsmischkristalle. In ihnen werden die Atome der Gastkomponente in Gitterlücken der Wirtskristalle eingebaut und besetzen Zwischengitterplätze. Voraussetzung für die Bildung dieser M. sind extreme Unterschiede in den Radien der Gitterbausteine. So sind viele Hydride, Boride, Carbide und Nitride von Übergangsmetallen als Einlagerungsmischkristalle aufzufassen, wobei sich die kleinen Nichtmetallatome auf Zwischengitterplätzen der entsprechenden Metallgitter befinden. Derartige Strukturen zeichnen sich vielfach durch hohe thermische Beständigkeit und extreme Härte aus (besonders Carbide und Nitride). Einlagerungsmischkristalle von Eisen mit Kohlenstoff spielen eine besondere Rolle bei der Härtung des Stahls.

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