Perovskite

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Perovskite
Classificazione Strunz	IV/C.10-20
Formula chimica	CaTiO3
Proprietà cristallografiche
Gruppo cristallino
Sistema cristallino
Classe di simmetria
Parametri di cella
Gruppo puntuale	2/m 2/m 2/m
Gruppo spaziale	Pnma
Proprietà fisiche
Densità	3,98 - 4,30 g/cm³
Durezza (Mohs)	5 - 5½
Sfaldatura	buona secondo [100], [010], [001]
Frattura	concoide
Colore	nero, rosso bruno, giallo chiaro, arancione giallastro
Lucentezza	da adamantina a metallica, a volte opaca
Opacità	da trasparente ad opaca
Striscio	bianco grigiastro
Diffusione	diffuso
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Il nome perovskite (o perowskite, secondo alcuni autori) è stato coniato nel 1840 da Gustav Rose (1798 – 1873), in onore del grande collezionista di minerali e Ministro della Corte Imperiale russa Lev Perovskij, ed attribuito a cristalli opachi di forma cubica, da lui trovati nel 1839 a Achmatovskaja, nei Monti Urali (Russia).

Questo minerale risultò essere, all'analisi chimica, essenzialmente un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO₃) con una struttura cristallina così particolare, da poter ospitare un ampio spettro di elementi e mostrare quindi una grande varietà di proprietà fisiche. Per questa elevata variabilità chimica, oltre alla perovskite calcica, la più comune e che per questo oggi viene chiamata anche perovskite s.s., sono presenti in natura più ossidi con la stessa organizzazione del reticolo cristallino, che d'insieme prendono il nome di gruppo delle perovskiti (o: gruppo della perovskite). Composti sintetici strutturalmente simili a CaTiO₃ sono stati realizzati artificialmente e sono conosciuti in scienza dei materiali come perovskiti sintetiche.

La formula chimica generale delle perovskiti è di tipo ABO₃, dove, per convenzione internazionale, per A si intende un elemento di grande raggio ionico e per B un elemento di piccolo raggio ionico. La struttura cristallina degli ossidi del gruppo della perovskite è una griglia di piccoli cationi (a piccolo raggio ionico) a forte carica (solitamente Ti⁴⁺, Nb⁵⁺ e Fe³⁺), ognuno dei quali è connesso a sei atomi di ossigeno. La struttura di questa griglia è tale, da lasciare delle “cavità” equispaziate lungo la superficie cristallografica di crescita {100} (che è anche piano di sfaldatura), le quali possono essere completamente o parzialmente occupate da cationi a grande raggio ionico (Ca²⁺, Sr²⁺, Na⁺, REE³⁺ e Th⁴⁺) in funzione delle abbondanze relative di questi elementi nell'ambiente minerogenetico di formazione.

Tralasciando le numerosissime sostituzioni reticolari trovate in natura, i più comuni minerali del gruppo delle perovskiti sono quattro:

• perovskite s.s. (idealmente CaTiO3),
• lueshite (NaNbO₃),
• loparite (Na_0.5 REE_0.5TiO₃),
• tausonite (SrTiO₃).

Sono comuni le soluzioni solide tra perovskite s.s., loparite e lueshite, mente la tausonite si mescola solo con la lueshite. Le formule chimiche dei quattro minerali principali del gruppo sono in realtà solo indicative di tipi mineralogici estremi, poiché sono comuni le sostituzioni di calcio (Ca), sodio (Na), elementi delle terre rare (REE), stronzio (Sr), titanio (Ti), niobio (Nb) e meno comuni le sostituzioni ferro (Fe), torio (Th), piombo (Pb), potassio (K), tantalio (Ta), zirconio (Zr) e silicio (Si). Variazioni nelle proporzioni relative di questi elementi durante la crescita dei cristalli ne modificano sensibilmente le caratteristiche ottiche, creando zonazioni spettacolari all'esame dei cristalli in sezione sottile con il microscopio da mineralogia, usando polarizzatore ed analizzatore in estinzione.

Esistono poi alcuni minerali che hanno la stessa struttura reticolare delle perovskiti, ma non contengono ossigeno: il più conosciuto è la neighborite, NaMgF₃.

Abito cristallino

La simmetria è ortorombica. I cristalli sono tipicamente cubici, ottaedrici o combinazioni di queste forme base. In realtà la reale simmetria della perovskite s.s., della lueshite, della loparite e di alcuni altri minerali del gruppo è pseudocubica, perché lievemente distorta rispetto alla struttura ideale.

Alcuni minerali del gruppo della perovskite formano spesso geminati di compenetrazione (di solito completamente interpenetrati) di forme cubiche con forme ottaedriche (geminazione secondo la legge della fluorite, cioè con piano di geminazione rappresentato da una faccia dell'ottaedro). In alcuni casi questa geminazione ha una utilità diagnostica: la loparite, ad esempio, si rinviene più comunemente come geminati cubico-ottaedrici completamente interpenetrati, con forma complessiva appiattita (chiamata “ a disco volante”), che non come singoli cristalli cubici o ottaedrici.

Le perovskiti titanifere si decompongono completamente con attacco di acido solforico (H₂SO₄). Aggiungendo acqua ossigenata (H₂O₂), la soluzione prima ottenuta si colora intensamente di giallo-arancione (reazione caratteristica della presenza di Ti).

Origine

È attualmente opinione condivisa nella comunità scientifica internazionale che le perovskiti siano componenti mineralogiche di settori del mantello litosferico (o immediatamente sub-litosferico), metasomatizzati da fluidi mantellici di provenienza profonda, essenzialmente costituiti dal sottosistema magmatico non silicatico H-C-O (magma tenue, costituito soprattutto dai volatili H₂O e CO + CO₂). Questa ipotesi sull'ambiente di formazione deriva, oltre che da considerazioni petrochimiche, anche da natura, origine ed assetto strutturale delle rocce nelle quali si rinvengono.

Nei magmi alcalini le perovskiti possono essere presenti sia come xenocristalli mantellici, che come precipitati (fenocristalli) magmatici da cristallizzazione frazionata, mentre nelle feniti esse si formano certamente per blastesi metasomatica, indotta nelle rocce incassanti crostali (crosta continentale) da magmi fortemente alcalini. In ogni caso è universalmente riconosciuta la relazione tra perovskiti e fluidi magmatici non silicatici estremamente ricchi in volatili.

Giacitura

1. Come fasi accessorie in tutti i prodotti del magmatismo da alcalino s.s. a fortemente alcalino (basaniti, tefriti, fonoliti, leucititi, nefeliniti, melanefeliniti, melilititi, lamprofiri, lamproiti, carbonatiti, kimberliti).
2. Come fasi accessorie di rocce crostali profondamente metasomatizzate (feniti) da fluidi provenienti da intrusioni a contatto fortemente alcaline (fenitizzazione).
3. Nella pasta di fondo delle kimberliti e in numerose xenoliti venate di sicura origine mantellica estratte da magmi kimberlitici e appartenenti al gruppo delle MARID (si pronunciano “marìd”) e sono rocce peridotitiche fortemente arricchite in alcali, terre rare (lantanidi), elementi a grande raggio ionico in generale (LILE, large-ion-lithophile elements) e alogeni (soprattutto F).

Forma in cui si presenta in natura

In cristalli singoli o geminati di compenetrazione.

Perovskiti silicatiche del mantello inferiore

Esperimenti ad altissime pressioni utilizzando celle ad incudine di diamante hanno dimostrato che, con valori di pressione di confinamento maggiori di circa 22 GPa, equivalenti a profondità di circa 660 km, l'olivina mantellica (ad alto contenuto di magnesio) non è più stabile e collassa, assumendo una struttura reticolare più densa, analoga alla perovskite e con formula chimica (Mg,Fe)₂SiO₃. Poiché, oltre all'olivina, la paragenesi fondamentale del mantello superiore comprende pirosseni e granati e anche questi andrebbero in collasso reticolare, i modelli petrologici teorici indicano che la paragenesi del mantello inferiore dovrebbe essere piuttosto omogenea e costituita da una associazione delle tre perovskiti silicatiche (Mg,Fe)₂SiO₃, Al-(Mg,Fe)₂SiO₃ e CaSiO₃.

Queste fasi mineralogiche, formatesi per riaggiustamento reticolare dei minerali del mantello superiore senza passaggio allo stato liquido ed estremamente dense, mai rinvenute in rocce anche di genesi profonda, sarebbero quindi i minerali più abbondati del mantello inferiore. Su questa ipotesi concordano attualmente petrologi, geochimici, vulcanologi e geofisici.

Voci correlate

• Uhligite

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Collegamenti esterni

• (EN) Webmin, webmineral.com.
• (EN) lattice of perovskite, cst-www.nrl.navy.mil.
• Oltre la legge di Moore, punto-informatico.it.