Question

钙钛矿族

Answer 1

本族矿物主要包括高温钙钛矿、低温钙钛矿和铈铌钙矿（loparite）（Ce,Na,Ca）（Nb,Ti）O₃等。本族矿物的异价类质同像置换广泛发育，如Ca²⁺+Ti^4＋→Na⁺+Nb^5＋;Ca²⁺+Ti^4＋→Ce³⁺+Fe^3＋;2Ca^2＋→Na⁺+Ce^3＋。

钙钛矿Perovskite—CaTiO₃

晶体参数　高温变体为等轴晶系；对称型m3m。空间群Pm3m;a₀＝0.385nm;Z=1。低温变体为正交晶系；对称型mmm。空间群Pcmm;a₀=0.537nm,b₀=0.764nm,c₀=0.544nm;Z=4。

成分与结构　Ca O 41.24%,TiO₂58.76%。常有Na、Ce、Fe、Nb等元素置换。其化合物属ABX₃型。A代表Ca、Na、Ce;B代表Ti、Nb。在小于600℃时高温变体转变为低温变体。其高温变体结构中（图10-17），由Ca^2＋和O^2－离子共同构成六方紧密堆积，Ti^4＋充填于所有八面体空隙中。即氧离子位于立方晶胞的棱中点上，钙离子位于立方晶胞的体中心，形成Ca-O₁₂配位多面体，呈立方－八面体聚形，其配位数为12；钛离子位于立方晶胞的角顶，形成Ti-O₆配位八面体，其配位数为6；配位八面体之间以共角顶相连接。

下地幔的超高压相带中常可见到钙钛矿型结构的矿物，如硅酸盐Mg₂Si₂O₆，为辉石的成分，钙钛矿型的结构。

钙钛矿型化合物的化学式为ABO₃，周期表中绝大部分元素都能组成稳定的钙钛矿结构。在通常情况下，A代表半径较大的碱金属、碱土金属和稀土金属离子，B代表半径比较小的过渡金属离子。因此，钙钛矿成分中的A或B被其他金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物，形成阴离子缺陷或不同价态的B离子，成为一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。

形态　晶形呈立方体（图10-18），晶面上常具平行晶棱的条纹，系高温变体转变为低温变体时产生的聚片双晶纹。

图10-17 钙钛矿的晶体结构

八面体角顶上的离子为氧离子

（据Klein等，2007）

图10-18 钙钛矿晶体（俄罗斯）

（据Johnsen,2002）

物理性质　褐至灰黑色；条痕白至灰黄色；金刚光泽。硬度5.5～6；解理不完全；参差状断口。密度3.97～4.04g/cm³（含Ce和Nb者较大）。

鉴定特征　立方体晶形及其双晶条纹。

成因与产状　钙钛矿在地壳中属于不常见矿物。有时见于碱性岩和蚀变的辉石岩中。主要产于下地幔中。

主要用途　富集时可作为提炼钛、稀土和铌的矿物原料。