钙钛矿

此条目介绍的是矿物。关于化合物结构，请见“钙钛矿 (结构)”。

钙钛矿（英语：Perovskite）是一种钙钛氧化物矿物，化学式为CaTiO₃。它的名称也适用于与CaTiO₃（^XIIA^2+VIB⁴⁺X²⁻₃）具有相同类型晶体结构的化合物类别，被称为钙钛矿结构。^[6]许多不同的阳离子可以嵌入这种结构中，从而可以开发多种工程材料。^[7]

钙钛矿
基质上的钙钛矿晶体，尺寸：2.3 x 2.1 x 2.0 cm
基本资料
类别	氧化物矿物
化学式	CaTiO3
IMA记号	Prv[1]
施特龙茨分类	4.CC.30
晶体分类	双锥体 (mmm) H-M记号：(2/m 2/m 2/m)
晶体空间群	Pnma
性质
分子量	135.96
颜色	黑色、红棕色、淡黄色、黄橙色
晶体惯态	伪立方，晶体呈现立方轮廓
晶系	斜方
双晶	复杂穿透孪晶
解理	[100]良好，[010]良好，[001]良好
断口	贝壳状
莫氏硬度	5–5.5
光泽	金刚光泽到金属光泽；可能泥土光泽
条痕	灰白色
透明性	透明到不透明
比重	3.98–4.26
光学性质	双轴 (+)
折射率	nα = 2.3, nβ = 2.34, nγ = 2.38
参考文献	[2][3][4][5]

历史

该矿物于1839年由古斯塔夫·罗斯（英语：Gustav Rose）在俄罗斯的乌拉尔山发现，并以俄罗斯矿物学家列夫·佩罗夫斯基（1792–1856）的名字命名。^[3]维克多·戈德施密特（英语：Victor Goldschmidt）于1926年在他关于容差因子的工作中首次描述了钙钛矿的显着晶体结构。^[8]晶体结构后来于1945年由海伦·梅高（英语：Helen Megaw）根据钛酸钡的X射线衍射数据发表。^[9]

产生

由于与长石共生的不稳定性，在地幔中发现的钙钛矿在希比内山脉的出现仅限于二氧化硅欠饱和的超镁铁质岩和副长深成岩中。钙钛矿以小自面体到半面体晶体的形式出现，填充造岩硅酸盐之间的空隙。^[10]

在恒星和褐矮星中

在恒星和褐矮星中，钙钛矿晶粒的形成是光球层中二氧化钛耗尽的原因。温度较低的恒星在其光谱中具有占主导地位的二氧化钛谱带；随着质量更低的恒星和褐矮星的温度降低，CaTiO₃会形成，并且在低于2000K的温度下无法检测到TiO。二氧化钛的存在被用来定义冷M型矮星和冷L型矮星之间的过渡。^[11][12]

特殊性质

钙钛矿在火成岩中的稳定性受到其与榍石的反应关系的限制。在火山岩中没有同时发现钙钛矿和榍石，唯一的例外是喀麦隆的钙钛矿。^[13]

物理性质

钙钛矿具有近立方结构，通式为ABO
3。在这种结构中，位于晶格中心的A位离子通常是碱土或稀土元素。位于晶格角落的B位离子是3d、4d和5d过渡金属元素。如果戈德施密特容差因子${\displaystyle t}$在0.75-1.0之间，则大量的金属元素在钙钛矿结构中是稳定的。^[14]

${\displaystyle t={\frac {R_{A}+R_{\rm {O}}}{{\sqrt {2}}(R_{B}+R_{\rm {O}})}},}$

其中R_A、R_B和R_O分别是A和B位元素和氧的离子半径。

钙钛矿晶体经常被误认为是方铅矿；然而，方铅矿具有更好的金属光泽、更大的密度、完美的解理和真正的立方对称性。^[15]

参见

• 以人名命名的矿物列表

参考资料

1. Warr, L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine. 2021, 85: 291–320 [2022-05-09]. （原始内容存档于2022-07-22）.
2. Prehnit (Prehnite) （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Mineralienatlas.de
3. Perovskite （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Webmineral
4. Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W. and Nichols, Monte C. (Eds.) Perovskite （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Handbook of Mineralogy. Mineralogical Society of America, Chantilly, VA.
5. Inoue, Naoki and Zou, Yanhui (2006) Physical properties of perovskite-type lithium ionic conductor （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Ch. 8 in Takashi Sakuma and Haruyuki Takahashi (Eds.) Physics of Solid State Ionics. pp. 247–269 ISBN 978-81-308-0070-7.
6. Wenk, Hans-Rudolf; Bulakh, Andrei. Minerals: Their Constitution and Origin. New York, NY: Cambridge University Press. 2004: 413 [2022-05-09]. ISBN 978-0-521-52958-7. （原始内容存档于2022-04-30）.
7. Szuromi, Phillip; Grocholski, Brent. Natural and engineered perovskites. Science. 2017, 358 (6364): 732–733. Bibcode:2017Sci...358..732S. PMID 29123058. doi:10.1126/science.358.6364.732 .
8. Golschmidt, V. M. Die Gesetze der Krystallochemie. Die Naturwissenschaften. 1926, 14 (21): 477–485. Bibcode:1926NW.....14..477G. S2CID 33792511. doi:10.1007/BF01507527.
9. Megaw, Helen. Crystal Structure of Barium Titanate. Nature. 1945, 155 (3938): 484–485. Bibcode:1945Natur.155..484.. S2CID 4096136. doi:10.1038/155484b0.
10. Chakhmouradian, Anton R.; Mitchell, Roger H. Compositional variation of perovskite-group minerals from the Khibina Complex, Kola Peninsula, Russia (PDF). The Canadian Mineralogist. 1998, 36: 953–969 [2016-06-10]. （原始内容 (PDF)存档于2010-06-29）.
11. Allard, France; Hauschildt, Peter H.; Alexander, David R.; Tamanai, Akemi; Schweitzer, Andreas. The Limiting Effects of Dust in Brown Dwarf Model Atmospheres. Astrophysical Journal. July 2001, 556 (1): 357–372. Bibcode:2001ApJ...556..357A. ISSN 0004-637X. S2CID 14944231. arXiv:astro-ph/0104256 . doi:10.1086/321547 （英语）.
12. Kirkpatrick, J. Davy; Allard, France; Bida, Tom; Zuckerman, Ben; Becklin, E. E.; Chabrier, Gilles; Baraffe, Isabelle. An Improved Optical Spectrum and New Model FITS of the Likely Brown Dwarf GD 165B. Astrophysical Journal. July 1999, 519 (2): 834–843. Bibcode:1999ApJ...519..834K. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/307380  （英语）.
13. Veksler, I. V.; Teptelev, M. P. Conditions for crystallization and concentration of perovskite-type minerals in alkaline magmas. Lithos. 1990, 26 (1): 177–189. Bibcode:1990Litho..26..177V. doi:10.1016/0024-4937(90)90047-5.
14. Peña, M. A.; Fierro, J. L. Chemical structures and performance of perovskite oxides (PDF). Chemical Reviews. 2001, 101 (7): 1981–2017. PMID 11710238. doi:10.1021/cr980129f.^{[永久失效链接]}
15. Luxová, Jana; Šulcová, Petra; Trojan, M. Study of Perovskite (PDF). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2008, 93 (3): 823–827. S2CID 97682597. doi:10.1007/s10973-008-9329-z.^{[失效链接]}