Published June 1974 | Version v1
Journal article

N.M.R. study of the temperature dependence of 14N quadrupole coupling in a single crystal of sodium nitrate

  • 1. Paris-11 Univ., 91 - Orsay (France). Inst. d'Electronique Fondamentale

Description

After recalling the studies conducted by Bernheim and Gutowsky, Andrew et al., and d'Alessio and Scott on the quadrupolar coupling (q.c.) of sodium in relation to the phase transition at Tλ = 275 °C, we demonstrate the interest of studying the q.c. of nitrogen as a function of temperature to clarify the behavior of nitrate ions as the temperature increases. This q.c. (745 kHz ± 2 % at 25 °C) was measured by R. M. N. on a single crystal, between -196 °C and +285 °C. It decreases increasingly rapidly as the temperature rises to Tλ and, beyond that, it continues to decline. The intra-ionic contribution to the q.c. of nitrogen from the nitrate ion is then discussed in terms of the populations of the σ and π orbitals on nitrogen and the charges carried by the oxygens. Two distinct evaluations provide the order of magnitude of the crystalline contribution (11 kHz or 38 kHz depending on the calculation) and show that it subtracts from the intra-ionic contribution. Finally, the decrease of the q.c. of nitrogen at temperatures below ambient is well interpreted by the Bayer-Kushida theory; however, this theory does not account for the significant decrease of the q.c. above ambient, which can be explained by recent theories regarding the existence of large amplitude helical movements of NO3- ions accompanying the phase transition.

Abstract (French)

Après avoir rappelé les études effectuées par Bernheim et Gutowsky, Andrew et al. et d'Alessio et Scott sur le couplage quadripolaire (c. q.) du sodium en relation avec la transition de phase à Tλ = 275 °C, on montre l'intérêt que peut présenter l'étude du c. q. de l'azote en fonction de la température pour préciser le comportement des ions nitrates lorsque la température augmente. Ce c. q. (745 kHz ± 2 % à 25° C) a pu être mesuré, par R. M. N. sur un monocristal, entre - 196 °C et. + 285 °C. Il diminue de plus en plus rapidement quand la température s'élève jusqu'à Tλ et, au-delà, il décroît encore. La contribution intra-ionique au c. q. de l'azote de l'ion nitrate est ensuite discutée en fonction des populations des orbitales σ et π sur l'azote et des charges portées par les oxygènes. Deux évaluations distinctes donnent l'ordre de grandeur de la contribution cristalline (11 kHz ou 38 kHz selon le calcul) et montrent qu'elle se retranche de la contribution intra-ionique. Finalement la décroissance du c. q. de l'azote aux températures inférieures à l'ambiante s'interprète bien par la théorie de Bayer-Kushida ; par contre, cette théorie ne rend pas compte de la forte décroissance du c. q. au-dessus de l'ambiante, et cela s'explique avec les dernières théories relatives à l'existence de mouvements hélicoïdaux de grande amplitude des ions NO3- accompagnant la transition de phase.

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Original title (French)
Etude en fonction de la temperature par R.M.N. du couplage quadripolaire de l'azote 14 dans un monocristal de nitrate de sodium

Publishing Information

Journal Title
Journal de Physique
Journal Volume
35
Journal Issue
6
Series
J. Phys. (Paris).
Journal Page Range
497-508
ISSN
0302-0738

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