Kristalle sorgen für Farben und Aromen in unserer Alltagswelt. Ein erheblicher Anteil der Farben, die wir um uns herum sehen, ist auf die optischen Eigenschaften bestimmter Kristalle zurückzuführen, entweder durch Absorption im Fall von Pigmenten, Beugung im Fall von Strukturfarben oder durch andere komplexere Phänomene wie bei Edelsteinen.
Ein erheblicher Teil dessen, was wir essen, ist fest, und Feststoffe neigen dazu, zu kristallisieren. Unter unseren täglichen Lebensmitteln gibt es viele Kristalle und noch viel mehr, für die die Kristallographie Methoden bringt, die ihre Herstellung erleichtern oder ihre organoleptischen oder ernährungsphysiologischen Eigenschaften verbessern.
Kristalle: Farben und Aromen
Das Salz, das wir täglich zu uns nehmen, ist Natriumchlorid-Kristall. In einigen Fällen wird es aus Gesteinen gewonnen, die durch Austrocknung geologisch weit entfernter Meere entstanden sind, in anderen Fällen durch Kristallisation in Salzpfannen aus Salzwasserflüssen oder hauptsächlich aus Meerwasser. Die Kristallisation von Salz war der erste technische Vorgang, den der Mensch durchführte. Die einfache kubische Struktur wurde als erstes mit Röntgenbeugung untersucht.
Der Zucker, den wir zu uns nehmen, ist ein lösliches, kristallines Kohlenhydrat. Seine Zusammensetzung hängt von der Quelle ab, aus der es gewonnen wird. Normalerweise handelt es sich um Saccharose, ein Disaccharid, das sich nach der Einnahme in Fructose und Glucose aufspaltet. Seine Süßkraft hängt von der Größe der Kristalle ab, da sich größere Kristalle langsamer auflösen.
Die Kristallisation ist ein Reinigungsprozess. In den Zuckerfabriken kristallisieren sie nacheinander den ersten Zucker aus, der als weiß bezeichnet wird, weil er reiner ist. Mit der verbleibenden Lösung, die reicher an anderen Verbindungen des Zuckerrohrs ist, wird eine zweite, dunklere Zuckersorte kristallisiert, und die dritte Kristallisation ist schließlich der sogenannte braune oder dunkle Zucker.
Kristalle: Farben und Aromen
Wenn Wasser gefriert, bildet es eine hexagonale Kristallstruktur. Das Eis, das wir so gerne mögen, besteht zu etwa 60 % aus Eiskristallen zusammen mit Zucker, Mizellenfett und Milcheiweiß, alles emulgiert mit Luftblasen. Die Textur von Speiseeis wird im Wesentlichen durch die Größe und Morphologie der Eiskristalle bestimmt, die während des Produktionsprozesses kontrolliert werden müssen. Während des Transports und der Lagerung können Temperaturschwankungen dazu führen, dass das Eis umkristallisiert und sich die Textur des Eises verändert.
Das Gleiche geschieht mit allen Tiefkühlprodukten. Die Kristallisation von Wasser ist eine der wichtigsten Forschungslinien der Kristallographie.
Eine gute Schokolade sollte, abgesehen vom Geschmack, den richtigen Glanz, die richtige Konsistenz und Textur haben und im Mund und nicht in der Hand schmelzen. Diese Eigenschaften hängen von der Kristallisation der Fettsäuren der Kakaobutter ab, dem Hauptbestandteil der Schokolade.
Die Farbe von Pigmenten beruht auf der selektiven Absorption von Licht, die von den molekularen Bindungen, der Kristallstruktur und der Größe des Kristalls abhängt. Die Kontrolle dieser Eigenschaften durch verschiedene Industrien – Kosmetika, Farben und Lacke sowie Kunststoffherstellung – erfordert kristallographische Forschung und Entwicklung. Die Kontrolle der Form von Kristallen ist auch in der Kosmetikindustrie entscheidend.
Kristalle: Farben und Aromen
Strukturelle Farben, wie die einer Pfauenfeder und einiger Schmetterlingsflügel, entstehen nicht durch Pigmente, sondern durch die physikalische Wechselwirkung von Licht mit periodisch geordneten biologischen Nanostrukturen. Die Interferenzprozesse, die zu diesen „Strukturfarben“ führen, werden in den Labors der Nanotechnologie nachgeahmt, um Materialien mit besonderen optischen Eigenschaften herzustellen, sogenannte photonische Kristalle.
Die Farbe von Edelsteinen kann entweder auf Absorption, wie bei Pigmenten, oder auf Strukturfarben (z.B. Opal) zurückzuführen sein, aber die leichten Farbschwankungen, die den wirtschaftlichen Wert des Schmucks entscheidend beeinflussen, hängen meist mit subtileren Effekten wie „Farbzentren“ oder elektronischen Übergängen in kristallinen Materialien zusammen.
Dies ist beim blauen Saphir der Fall, der seine Farbe der Übertragung von Elektronen zwischen den Eisen- und Titanatomen in seiner Kristallstruktur verdankt.
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