La perovskita (pronunciación: /pəˈrɒvskaɪt/ ) es un mineral de óxido de calcio y titanio compuesto de titanato de calcio ( fórmula química CaTiO3 ). Su nombre también se aplica a la clase de compuestos que tienen el mismo tipo de estructura cristalina que CaTiO3 , conocida como estructura de perovskita , que tiene una fórmula química general A2 + B4 + (X2− ) 3 . [6] Se pueden incorporar muchos cationes diferentes en esta estructura, lo que permite el desarrollo de diversos materiales de ingeniería. [7]
El mineral fue descubierto en los Montes Urales de Rusia por Gustav Rose en 1839 y lleva el nombre del mineralogista ruso Lev Perovski (1792-1856). [3] La notable estructura cristalina de la perovskita fue descrita por primera vez por Victor Goldschmidt en 1926 en su trabajo sobre factores de tolerancia. [8] La estructura cristalina fue publicada más tarde en 1945 a partir de datos de difracción de rayos X sobre titanato de bario por Helen Dick Megaw . [9]
La perovskita, que se encuentra en el manto terrestre , se encuentra restringida a las rocas ultramáficas subsaturadas de sílice y a las foidolitas , debido a la inestabilidad en una paragénesis con feldespato . La perovskita se presenta como pequeños cristales anhédricos a subhédricos que llenan los intersticios entre los silicatos formadores de rocas. [10]
La perovskita se encuentra en skarns de carbonato de contacto en Magnet Cove , Arkansas , EE. UU., en bloques alterados de piedra caliza eyectados del Monte Vesubio , en esquistos de clorita y talco en los Urales y Suiza , [11] y como mineral accesorio en rocas ígneas alcalinas y máficas , sienita nefelínica , melilitita, kimberlitas y carbonatitas raras . La perovskita es un mineral común en las inclusiones ricas en Ca-Al que se encuentran en algunos meteoritos condríticos . [4]
La estabilidad de la perovskita en rocas ígneas está limitada por su relación de reacción con la esfena . En rocas volcánicas, la perovskita y la esfena no se encuentran juntas, con la única excepción de una etindita de Camerún . [12]
En la península de Kola y cerca de Alnö ( Suecia) , se encuentra una variedad de knopita que contiene tierras raras y cuya fórmula química es (Ca,Ce,Na)(Ti,Fe)O3, en rocas intrusivas alcalinas. En la carbonatita cerca de Schelingen ( Kaiserstuhl , Alemania) , se encuentra una variedad de disanalito que contiene niobio . [11] [13]
En las estrellas y enanas marrones, la formación de granos de perovskita es responsable del agotamiento del óxido de titanio en la fotosfera . Las estrellas con una temperatura baja tienen bandas dominantes de TiO en su espectro ; a medida que la temperatura desciende para las estrellas y enanas marrones con una masa aún menor, se forma CaTiO 3 y a temperaturas inferiores a 2000 K el TiO es indetectable. La presencia de TiO se utiliza para definir la transición entre las estrellas enanas M frías y las enanas L más frías . [14] [15]
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La perovskita homónima CaTiO 3 cristaliza en el grupo espacial Pbnm (n.º 62) con constantes de red a = 5,39 Å , b = 5,45 Å y c = 7,65 Å. [16]
Las perovskitas tienen una estructura casi cúbica con la fórmula general ABO 3 . En esta estructura, el ion del sitio A, en el centro de la red, suele ser un elemento alcalinotérreo o de tierras raras . Los iones del sitio B, en las esquinas de la red, son elementos metálicos de transición 3d, 4d y 5d . Los cationes del sitio A están en coordinación 12 veces con los aniones, mientras que los cationes del sitio B están en coordinación 6 veces. Una gran cantidad de elementos metálicos son estables en la estructura de la perovskita si el factor de tolerancia de Goldschmidt t está en el rango de 0,75 a 1,0. [17]
donde R A , R B y R O son los radios iónicos de los elementos del sitio A y B y el oxígeno, respectivamente. La estabilidad de las perovskitas se puede caracterizar con los factores de tolerancia y octaédricos. Cuando no se cumplen las condiciones, se prefiere una geometría en capas para octaedros que comparten aristas o caras o una coordinación del sitio B inferior. Estos son buenos límites estructurales, pero no una predicción empírica. [18]
Las perovskitas tienen un brillo submetálico a metálico , una veta incolora y una estructura similar a un cubo junto con una clivaje imperfecto y una tenacidad frágil. Los colores incluyen negro, marrón, gris, naranja a amarillo. Los cristales de perovskita pueden parecer tener la forma cristalina cúbica , pero a menudo son pseudocúbicos y en realidad cristalizan en el sistema ortorrómbico , como es el caso de CaTiO 3 ( el titanato de estroncio , con el catión de estroncio más grande en el sitio A, es cúbico). Los cristales de perovskita se han confundido con galena ; sin embargo, la galena tiene un mejor brillo metálico, mayor densidad, clivaje perfecto y verdadera simetría cúbica. [19]
Una perovskita doble tiene una fórmula de A'A"B'B"O 6 y reemplaza la mitad de los sitios B con B ′ , donde A son metales alcalinos o de tierras raras y B son metales de transición. La disposición de los cationes diferirá según la carga, la geometría de coordinación y la relación entre los radios del catión A y el catión B. Los cationes B y B ′ conducen a diferentes esquemas de ordenamiento. Estos esquemas de ordenamiento son estructuras de sal de roca, columnares y en capas. [20] La sal de roca es un tablero de ajedrez tridimensional alterno de poliedros B y B'. Esta estructura es la más común desde un punto de vista electrostático, ya que los sitios B tendrán diferentes estados de valencia. La disposición en columnas se puede ver como láminas de poliedros de cationes B vistas desde la dirección [111]. Las estructuras en capas se ven como láminas de poliedros B ′ y B.
Las perovskitas 3D se forman cuando hay un catión más pequeño en el sitio A, por lo que los octaedros BX6 pueden compartirse en los vértices. Las perovskitas 2D se forman cuando el catión del sitio A es más grande, por lo que se forman láminas de octaedros. En las perovskitas 1D, se forma una cadena de octaedros [21], mientras que en las perovskitas 0D, los octaedros individuales están separados entre sí. Tanto las perovskitas 1D como las 0D conducen al confinamiento cuántico [22] y se investigan para materiales de células solares de perovskita sin plomo . [23]
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