Dafür kann ich dir sehr gerne eine Erklärung liefern! :D Ich versuche mal, das für naturwissenschaftliche Laien verständlich darzustellen…
Die ganz grobe Antwort - und die erste, die mir auf genau diese Frage gegeben wurde - ist: Die äußere Form eines Kristalls hängt nicht nur von der chemischen Zusammensetzung und der Kristallstruktur ab, sondern auch von den Bedingungen (z.B. Druck und Temperatur), unter denen sich der Kristall gebildet hat.
Und dass das zweifellos korrekt ist, lässt sich auch für Laien leicht überprüfen: betrachten wir mal ein winterliches Beispiel - ist ja ein Adventskalender hier. Also: Schneeflocken. Kennen hier alle: das sind einfach hexagonale Kristalle aus gefrorenem Wasser. Wenn man jetzt aber Wasser ins Gefrierfach tut, kommen da irgendwie keine Schneeflocken bei heraus…
Hier gibt es eine ausführliche Erklärung für Leute, die schon immer mal wissen wollten, warum das so ist.
…genau, das muss was mit den mysteriösen “Umweltbedingungen” zu tun haben. Chemische Zusammensetzung (jeweils 2 Wasserstoff auf 1 Sauerstoff) und Kristallstruktur (hexagonal, also eine 6-er Symmetrie) sind ja identisch.
(Ein Eiswürfel aus dem Gefrierfach sieht zwar, nun ja, würfelig aus - aber das liegt nicht etwa daran, dass er eine kubische Symmetrie hätte, sondern daran, dass er nicht frei gewachsen ist, sondern in einem Gefäß - dem Eiswürfelbehälter - und seine äußere Form den Wänden angepasst hat. Ähnliches passiert auch Kristallen in “freier Wildbahn” oft genug: stoßen sie beim Wachsen an ein Hindernis, können sie nicht weiterwachsen und auch ihre typischen Kristallflächen nicht ausprägen.)
So weit, so gut - aber warum werden Kristalle manchmal so komisch nadelig-verästelt wie Schneeflocken? “Die Umweltbedingungen” allein reicht da als Erklärung nicht aus - ist ja keine Magie. Um das Phänomen halbwegs erklären zu können (und ja, an dieser Stelle vereinfache ich ein bisschen, weil nicht jeder hier in Physikvorlesungen gesessen hat), braucht man ein bisschen Thermodynamik und Reaktionskinetik. Genau genommen muss man zwei Dinge wissen:
- Dinge streben den Zustand niedrigster Energie an (ohje, ohje, hier juckt es mir in den Fingern, einen ganzen Aufsatz zu schreiben - das ist wirklich eine grobe Vereinfachung… Wer es genauer wissen möchte, schaue bitte in ein Physikbuch: das sprengt hier leider den Rahmen), und
- deshalb wird beim Kristallisieren eines Materials Energie frei.
Letzteres wird übrigens ganz praktisch genutzt: fast jeder hatte schon mal so einen “Taschenwärmer”, also ein kleines Plastikkissen mit einem Gel drin, das eigentlich sehr dringend kristallisieren möchte, aber nicht kann, weil ihm ein Kristallisationskeim fehlt. (Ich spare mir an dieser Stelle einen eigentlich nötigen Aufsatz über Phasendiagramme und einen weiteren über Nukleation, die - muss man fairerweise sagen - auch unter Wissenschaftlern umstritten bzw. nicht 100% verstanden ist. Es gibt dazu mehrere konkurriernde Theorien, die sich nach aktuellem Stand der Technik nicht wirklich überprüfen lassen, und die ich euch hier somit erspare, da jegliche Diskussion unwissenschaftlich wäre. Immerhin: zumindest Phasendiagramme sind unkontrovers.)
Klickt man den kleinen Metallclip im Inneren, bekommt man (auf magische Weise XD) Kristallisationskeime, und das Gel beginnt zu kristallisieren und dabei Energie in Form von Wärme abzugeben. (Wenn man hinterher den Taschenwärmer wieder flüssig bekommen möchte, ist es entsprechend keine große Überraschung, dass man die entnommene Wärme wieder zuführen muss - üblicherweise, indem man das Ding in heißes Wasser legt.)
Leider sind diese Taschenwärmer meistens bedruckt, aber in einer seeehr guten Vorlesung hatte der Prof uns welche mit komplett transparenter Hülle organisiert, damit wir der Kristallisation zugucken können. (Hinterher hatte es dann auch wirklich jeder von uns verinnerlicht!) Ich “spoilere” einfach mal: die Kristalle fangen um den Metallclip herum an zu wachsen - und zwar nadelig davon weg. Man beobachtet so was wie eine stachelige Kugel im Gel…
…und das hat was mit dem Wärmetransport zu tun. Dass Wärmetransport stattfindet, leuchtet ein: immerhin wärmt der Taschenwärmer die Tasche, und nicht nur das kleine Gelkissen selber. Allerdings braucht dieser Wärmetransport seine Zeit - und das erkärt dann die Kristallnadeln. Sobald nämlich ein Stückchen Kristall gewachsen ist, ist seine unmittelbare Umgebung wärmer als der Rest des Taschenwärmers, weswegen der Kristall an dieser Stelle nicht so schnell weiterwachsen kann (Stichwort: Unterkühlung) und das weitere Kristallwachstum dann von dieser Stelle weg in die kühleren Bereiche strebt.
Das Resultat sind dann lange, dünne Nadeln, die von einem Ausgangspunkt aus nach außen streben. Diese Form sieht man auch bei Kristallen “in freier Wildbahn”: wenn man das beobachtet, kann man üblicherweise davon ausgehen, dass das betreffende Mineral schneller kristallisiert ist als die entstehende Kristallisationswärme abtransportiert werden konnte.
Umgekehrt kann man auch davon ausgehen, dass große, gedrungene Kristalle mit hübsch ausgeprägten Kristallflächen so langsam kristallisiert sind, dass das mit der Kristallisationswärme nicht mehr ins Gewicht fiel - oder dass sie unter Bedingungen wuchsen, in denen die Kristallisationswärme anderweitig aus dem System entfernt wurde. (Ich verzichte hier auf einen weiteren Roman: Kinetik des Kristallwachstums ist ein ganzes Fachgebiet der Mineralogie und lässt sich leider nicht in einem Forenpost zusammenfassen. Oh, und auf Diskussion des Themas Druck verzichte ich ebenfalls… Ist alles nicht ganz unkompliziert.)
Tja, und da in der Natur alle möglichen unterschiedlichen Bedingungen auftreten können, hat man eben den Effekt, dass das gleiche Mineral, je nachdem wo und wie es entstanden ist, seeeehr unterschiedlich aussehen kann…
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