Kristall

Das Kristallgitter

Im Knochenmineral sind Calcium, Phosphat und Hydroxid in einem festen, sich wiederholenden Muster angeordnet. Das Mineral heißt Hydroxylapatit.

In der Szene sehen Sie das Mineral auf der Ebene der einzelnen Teilchen. Sie liegen nicht ungeordnet, sondern in einem regelmäßigen Gitter. Jedes Teilchen hat seinen festen Platz, und das Muster wiederholt sich in alle Richtungen.

Diese Ordnung macht den Kristall hart. Positiv und negativ geladene Teilchen ziehen sich an und halten sich gegenseitig fest.

Für Ihre KnochenDas Kristallgitter gibt dem Knochen seine Druckfestigkeit. Bei Osteoporose ist das Mineral selbst in der Regel normal aufgebaut. Es ist nur zu wenig Knochen da, und das Gerüst ist ausgedünnt. Die Knochendichtemessung erfasst die Menge dieses Minerals, nicht den Zustand der Kollagenfasern und nicht die Bauweise.

Die Formel in Worten

Chemiker schreiben Hydroxylapatit als Ca10(PO4)6(OH)2. Das bedeutet: Auf zehn Calcium-Teilchen kommen sechs Phosphat-Gruppen und zwei Hydroxid-Gruppen.

Eine Phosphat-Gruppe besteht aus einem Phosphor-Atom, das von vier Sauerstoff-Atomen umgeben ist. Eine Hydroxid-Gruppe ist ein Sauerstoff-Atom mit einem Wasserstoff-Atom. Calcium ist zweifach positiv geladen, Phosphat dreifach negativ, Hydroxid einfach negativ. In diesem Zahlenverhältnis gleichen sich die Ladungen genau aus.

Sechseckiger Aufbau

Die Bausteine ordnen sich in einem sechseckigen Muster. In der Mitte verläuft ein Kanal, in dem die Hydroxid-Gruppen wie Perlen auf einer Schnur aufgereiht sind. Um den Kanal herum sitzen Calcium und Phosphat. An dieser Stelle im Kanal können später andere Teilchen eingebaut werden.

Winzige Plättchen statt großer Kristalle

Im Knochen wachsen die Kristalle nicht zu großen Stücken heran. Sie bleiben flache Plättchen von etwa 2 bis 5 Nanometern Dicke und einigen Dutzend Nanometern Länge und Breite. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter.

Die Plättchen liegen in und zwischen den Kollagenfasern, mit der Längsseite in Faserrichtung. Diese geringe Größe ist gewollt. Kleine Kristalle in einem zähen Fasergeflecht ergeben einen Werkstoff, der hart ist und trotzdem nicht splittert wie Glas. Risse laufen sich an den Fasern tot.

Weniger perfekt als im Lehrbuch

Das Mineral im Knochen weicht von der reinen Formel ab. Ein Teil der Plätze ist leer oder mit anderen Teilchen besetzt. Diese Unregelmäßigkeit macht es etwas leichter löslich. So kann der Knochen als Speicher dienen.

In Zahlen

Formel

Auf zehn Calcium kommen sechs Phosphat-Gruppen und zwei Hydroxid-Gruppen.

Dicke

Ein Kristallplättchen im Knochen ist etwa 2 bis 5 Nanometer dick.

Maßstab

Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter.

Anteil

Etwa zwei Drittel des Knochengewichts sind Mineral.

Passende Laborwerte

• Calcium
• Phosphat