Hexagonal-dichtestgepacktes Gitter

Im kubisch-raumzentrierten Gitter weisen die übereinander liegenden Atomebenen Lücken auf, sodass die jeweils darunter liegende Atomebene genau in die Lücken der oberen passt. Die Atomebenen sind somit nicht maximal gepackt. Anders sieht dies beim hexagonalen Gitter aus. Dort sitzen die Atome einer Gitterebene maximal dicht gepackt beieinander. Ein einzelnes Atom in dieser Gitterebene A (rot dargestellt) wird dabei stets von insgesamt sechs benachbarten Atomen berührt. Die darüber liegende Atomebene B (blau dargestellt) ist im Prinzip identisch aufgebaut. Sie liegt jedoch gerade so verschoben, dass die Atome dieser Ebene exakt in die Vertiefungen der darunter befindlichen Ebene passen. Ein Atom der oberen Gitterebene sitzt somit in der Lücke die von drei Atomen der unteren Schicht gebildet wird. Diese Schichtfolge AB (auch Stapelfolge genannt) wiederholt sich nun permanent (ABAB...).

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Abbildung: Hexagonal-dichtestgepacktes Gitter

Die Metalle Titan, Kobalt, Zinkt und Magnesium kommen typischerweise in einer solchen hexagonalen Gitterstruktur mit maximaler Packungsdichte vor. Ein Atom im hexagonal-dichtestgepackten Gitter ist von insgesamt 12 direkten Nachbaratomen umgeben. Die Koordinationszahl in diesem Gittertyp beträgt folglich 12.

Video: Aufbau des hexagonal-dichtestgepackten Gitters

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Abbildung: Hexagonal-dichtestgepackte Elementarzelle

Die Elementarzelle lässt sich für eine hexagonal-dichtestgepackte Atomanordnung auf eine sechseckige ("hexa") Grundfläche reduzieren. In der Mitte der Elementarzelle befinden sich drei weitere Atome, die in den sich ergebenden Atomlücken der Grund- bzw. Deckfläche sitzen. Da die einzelnen Atomebenen aus denen sich das Gitter aufbaut, maximal gepackt sind, spricht man auch von dichtestgepackten Ebenen. Folglich wird das Gitter auch als hexagonal dichtest gepacktes Gitter (hdp) bezeichnet. Die Packungsdichte im hdp-Gitter entspricht der maximal möglichen Packungsdichte von 74 %.

Der Zusatz "dichtest gepackt" in der Bezeichnung des hexagonalen Gitters impliziert bereits, dass es auch noch andere hexagonale Gitterstrukturen gibt. So besitzt bspw. Graphit ebenfalls eine hexagonale Gitterstruktur (hex), diese ist jedoch nicht dichtest gepackt wie im hdp-Gitter. Während in einer Ebene des hdp-Gitters ein Atom unmittelbar von 6 weiteren Atomen umgeben ist, sind es im hex-Gitter des Graphits nur drei umgebende Atome. Die einzelnen Atomschichten sind dabei versetzt angeordnet und können relativ leicht gegeneinander verschoben werden. Die verschobenen Atomschichten lassen sich hierdurch relativ einfach ablösen. Dieser Vorgang läuft zum Beispiel beim Zeichnen mit einem Bleistift ab, wenn mit der Graphitmine über ein Blatt Papier gefahren wird. Die Graphitschichten der Mine lösen sich ab und bleiben in der Struktur des Papiers haften.

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Abbildung: Hexagonales Gitter von Graphit