La perovskita (pronunciación: / p ə ˈ r ɒ v s k aɪ t / ) es un mineral de óxido de calcio y titanio compuesto de titanato de calcio (fórmula química Ca Ti O 3 ). Su nombre también se aplica a la clase de compuestos que tienen el mismo tipo de estructura cristalina que el CaTiO 3 , conocida como estructura perovskita , que tiene una fórmula química general A 2+ B 4+ (X 2− ) 3 . [6] En esta estructura se pueden incrustar muchos cationes diferentes, 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 se publicó más tarde en 1945 a partir de datos de difracción de rayos X sobre titanato de bario por Helen Dick Megaw . [9]
Encontrada en el manto terrestre , la aparición de perovskita en el macizo de Khibina está restringida a foidolitas y rocas ultramáficas subsaturadas de sílice , debido a la inestabilidad en una paragénesis con feldespato . La perovskita se presenta como pequeños cristales anédricos a subédricos 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 , en bloques alterados de piedra caliza expulsados del Monte Vesubio , en clorita y esquistos de talco en los Urales y Suiza , [11] y como mineral accesorio en rocas ígneas alcalinas y máficas , nefelina. sienita , 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 las rocas volcánicas la perovskita y la esfena no se encuentran juntas, siendo la única excepción una etindita de Camerún . [12]
Una variedad de knopita que contiene tierras raras y tiene la fórmula química (Ca,Ce,Na)(Ti,Fe)O 3 se encuentra en rocas intrusivas alcalinas en la península de Kola y cerca de Alnö , Suecia . Una variedad de disanalito que contiene niobio se encuentra en carbonatita cerca de Schelingen, Kaiserstuhl , Alemania . [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 de baja temperatura tienen bandas dominantes de TiO en su espectro ; A medida que la temperatura desciende en 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 CaTiO 3 del mismo nombre cristaliza en el grupo espacial Pbnm (No. 62) con constantes de red a = 5,39 Å , b = 5,45 Å y c = 7,65 Å. [dieciséis]
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 de metales 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. Un gran número de elementos metálicos son estables en la estructura de perovskita si el factor de tolerancia t de Goldschmidt 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 bordes o caras o una coordinación de 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 cúbica junto con una escisión imperfecta y una tenacidad frágil. Los colores incluyen negro, marrón, gris, naranja y amarillo. Los cristales de perovskita pueden parecer tener forma de cristal cúbico , pero a menudo son pseudocúbicos y en realidad cristalizan en el sistema ortorrómbico , como es el caso del 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, escote 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 del catión diferirá según la carga, la geometría de coordinación y la relación entre los radios del catión A y del catión B. Los cationes B y B ′ conducen a diferentes esquemas de ordenamiento. Estos esquemas de ordenación son estructuras de sal gema, 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 puede verse como láminas de poliédrico de catión 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 BX 6 pueden compartirse en las esquinas. 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 a un confinamiento cuántico [22] y se investigan en busca de materiales de células solares de perovskita sin plomo . [23]
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