Pérovskite
Cet article concerne le minéral. Pour la structure cristalline, voir Pérovskite (structure).
La pérovskite désigne originellement un minéral du titanate de calcium de formule CaTiO3. On appelle plus généralement pérovskites les minéraux de même structure, dont un polymorphe de (Mg,Fe)SiO3 considéré comme le minéral le plus abondant du manteau terrestre. Dans la croûte, les pérovskites sont des minéraux accessoires communément trouvés dans les carbonatites et l'un des hôtes majeurs pour les terres rares et le niobium[3].
| Pérovskite Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1] | |
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| Général | |
|---|---|
| Nom IUPAC | Titanate de calcium |
| Numéro CAS | |
| Classe de Strunz | 4.CC.30
4 OXYDES et HYDROXYDES |
| Classe de Dana | 4.3.3.1
Oxydes |
| Formule chimique | CaTiO3 |
| Identification | |
| Masse formulaire[2] | 135,943 ± 0,006 uma Ca 29,48 %, O 35,31 %, Ti 35,21 %, |
| Couleur | noire à brun-rouge |
| Système cristallin | orthorhombique |
| Réseau de Bravais | primitif P |
| Classe cristalline et groupe d'espace | dipyramidale, P bnm |
| Clivage | bon à {100}, {010}, {001} |
| Cassure | sub-conchoïdale, inégale |
| Habitus | pseudo-hexagonal, botryoïdal, pseudo-cubique |
| Échelle de Mohs | 5,5 |
| Trait | blanc-grisâtre |
| Éclat | submétallique |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | a=2.3, b=2.34, g=2.38 |
| Biréfringence | biaxe (+) ; Δ=0.0800 |
| Angle 2V | 90° (mesuré) |
| Pléochroïsme | x,y,z : incolore |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 4,0 |
| Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire. | |
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Historique de la description et appellations
modifierInventeur et étymologie
modifierCette espèce minérale a été décrite en 1839 par le minéralogiste allemand Gustav Rose, à partir d'échantillons provenant de l'Oural. Il l'a dédiée au minéralogiste russe Lev Alexeïevitch Perovski (1792–1856)[4]. À noter qu’initialement le terme pérovskite était, en français, masculin[5]. La dénomination retenue par l'Association internationale de minéralogie est Perovskite (sans accent).
Topotype
modifier- Akhmatovskaya Kop (Mine d'Achmatovsk), Monts Nazyamskie, Zlatooust, Oblast de Tcheliabinsk, sud de l'Oural, en Russie.
Synonymie
modifier- Métapérovskite (Federov, 1892)[6]
Caractéristiques physico-chimiques
modifierCritères de détermination
modifierLa pérovskite présente un aspect métallique et une couleur noire ou brun-rouge. Elle peut parfois être légèrement transparente. Elle a une densité de 4,0 et une dureté de 5,5 sur l'échelle de Mohs.
Variétés et mélanges
modifier- Dysanalyte (Knop, 1877)[7], variété niobifère de pérovskite décrite initialement à partir d'échantillons de la carrière de Badloch, Mont Orberg, Kaiserstuhl, Baden-Württemberg, Allemagne.
- Knopite[8], variété de pérovskite riche en cérium, de formule idéale (Ca,Ce,Na)(Ti,Fe)O3, décrite à partir d’échantillons de Långörsholmen, Alnön, Commune de Sundsvall, Medelpad, en Suède. Nommée en l'honneur du chimiste allemand Wilhelm Knop (1817-1891).
Cristallographie
modifierLa pérovskite cristallise dans le système cristallin orthorhombique, de groupe d'espace Pbnm (no 57) si les paramètres de maille sont rangés par ordre croissant (a < b < c) avec Z = 4 unités formulaires par maille conventionnelle. Ses paramètres de maille à température ambiante sont a = 538,8 pm, b = 544,7 pm et c = 765,4 pm[9], donnant lieu à un volume de la maille de 0,224 6 nm3 et une masse volumique calculée de 4,02 g/cm3.
Le titane a pour voisins six ions O2− dans un environnement octaédrique, sa coordinence est 6. La longueur de liaison Ti-O moyenne est 197 pm.
Le calcium a pour voisins douze ions O2− dans un environnement cuboctaédrique très déformé, sa coordinence est 12. Les longueurs de liaison Ca-O varient entre 240 et 323 pm, avec une moyenne de 273 pm.
Les atomes d'oxygène sont distribués sur deux sites non équivalents, O1 et O2. Tous deux ont pour voisins deux ions Ti4+ et quatre ions Ca2+ dans un environnement octaédrique déformé, leur coordinence est (2+4). Les longueurs de liaison moyennes sont O1-Ti = 195 pm, O1-Ca = 273 pm, O2-Ti = 196 pm et O2-Ca = 273 pm.
Structure cristalline de la pérovskite, projetée sur le plan (a, b). Rouge : Ti, vert : Ca, bleu : O.
Structure cristalline de la pérovskite, projetée sur le plan (b, c). Rouge : Ti, vert : Ca, bleu : O.
Cristallochimie
modifierLa pérovskite forme une série avec la lakargiite : Ca(Zr,Sn,Ti)O3 et la mégawite : CaSnO3 dont elle constitue le pôle pur en Ti (la mégawite constitue le pôle pur en Sn).
La pérovskite sert également de chef de file à un groupe de minéraux isostructuraux : le groupe de la pérovskite. Il s'agit d'espèces minérales qui partagent une même structure cristalline appelée structure pérovskite.
Groupe de la pérovskite
modifier- Bariopérovskite ou titanate de baryum : BaTiO3
- Davemaoïte : CaSiO3
- Isolueshite (it) : (Na,La,Ca)(Nb,Ti)O3
- Lakargiite : Ca(Zr,Sn,Ti)O3
- Latrappite (it) : (Ca,Na)(Nb,Ti,Fe)O3
- Loparite-(Ce) : (Na,Ce,Ca,Sr,Th)(Ti,Nb,Fe)O3
- Lueshite ou niobate de sodium : NaNbO3
- Macédonite ou titanate de plomb : PbTiO3
- Mégawite ou stannate de calcium : CaSnO3
- Pérovskite ou titanate de calcium : CaTiO3
- Tausonite ou titanate de strontium : SrTiO3
Études
modifierPour mieux comprendre les conditions de cristallisation de pérovskites de différentes compositions dans la nature, des expériences ont porté sur la solubilité et la stabilité physicochimique de composés du groupe de la pérovskite en conditions hydrothermales. R.H Mitchell a ainsi montré à la fin des années 1990[10] que la pérovskite est très soluble (jusqu'à 30 %) dans les liquides haplocarbonatitiques et qu'elle cristallise « en masse »[10].
Il a aussi montré que d'autres composés du groupe de la pérovskite sont cependant instables (ils se déstabilisent en une variété de carbonates, des pérovskites à lanthane (La), la loparite calcifère et des niobates calcifères) ; La lueshite et la tausonite ne produisent pas de phases primaires dans les liquides, ce qui laisse supposer que la lueshite et la tausonite ne cristallisent pas dans des liquides carbonatitiques à basse température et que « Ti, les terres rares et Nb se concentrent préférentiellement dans les liquides résiduels où cristallisent la loparite calcifère et divers niobates »[10].
Notes et références
modifier- ↑ La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
- ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- ↑ (en) Luis M. Pazos-Outón, Monika Szumilo, Robin Lamboll, Johannes M. Richter, Micaela Crespo-Quesada, Mojtaba Abdi-Jalebi, Harry J. Beeson, Milan Vrućinić, Mejd Alsari et Felix Deschler, « Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells », Science, vol. 351, no 6280, , p. 1430 et 1401.
- ↑ Heinrich Rose, « Ueber den Mineralkermes », Annalen der Pharmacie, vol. 31, no 1, , p. 38–56 (ISSN 0365-5490, DOI 10.1002/jlac.18390310104, lire en ligne, consulté le )
- ↑ Mémoires de la Société géologique de France, Centre national de la recherche scientifique (France) 1848 p. 222
- ↑ Federov (1892), Zs. Kr.: 20: 74
- ↑ A. Knop, « Dysanalyt, ein pyrochlorartiges Mineral », Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, vol. 1, nos 1-6, , p. 284–296 (ISSN 2196-7105 et 2194-4946, DOI 10.1524/zkri.1877.1.1.284, lire en ligne, consulté le )
- ↑ P. J. Holmquist, « Knopit, ett perowskit närstående, nytt mineral från Alnön », Geologiska Föreningen i Stockholm Förhandlingar, vol. 16, no 2, , p. 73–95 (ISSN 0016-786X, DOI 10.1080/11035899409443432, lire en ligne, consulté le )
- ↑ R. H. Buttner et E. N. Maslen, « Electron difference density and structural parameters in CaTiO 3 », Acta Crystallographica Section B Structural Science, vol. 48, no 5, , p. 644–649 (ISSN 0108-7681, DOI 10.1107/S0108768192004592, lire en ligne, consulté le )
- 1 2 3 Roger H Mitchell, « Preliminary studies of the solubility and stability of perovskite group compounds in the synthetic carbonatite system calcite-portlandite », Journal of African Earth Sciences, vol. 25, no 1, , p. 147–158 (ISSN 1464-343X, DOI 10.1016/s0899-5362(97)00067-5, lire en ligne, consulté le )
Voir aussi
modifierBibliographie
modifier- Gérard Demazeau, Alain Marbeuf, Michel Pouchard et Paul Hagenmuller, « Sur une série de composés oxygènes du nickel trivalent derivés de la perovskite », Journal of Solid State Chemistry, vol. 3, no 4, , p. 582–589 (ISSN 0022-4596, DOI 10.1016/0022-4596(71)90105-8, lire en ligne, consulté le ).
