An ab initio and neutron diffraction study of ammonium chloride

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Abstract

Ab initio density functional calculations have been carried out on the ordered phase of ammonium chloride and the results compared with experimental data. Powder neutron diffraction measurements have been carried out on14ND4Cl and15ND4Cl at a temperature of 5 K; the lattice parameter is 3.8224(4) Š and the N-D bond length is 1.0318(8) Š. Calculated structural and spectroscopic quantities agree well with the results of the neutron diffraction refinements, and with measured spectroscopic data. The calculated barrier to reorientation of the ammonium ion about the fourfold axis is 29 kJ mol−1, and the calculated compressibility is 3.78 × 10−11 Pa−1. The octopole moment of the ammonium ion in the crystal has been estimated from the calculated electron density, and is about 10–20% greater than for the free ion. The octopole moment does not vary appreciably with the orientation of the ammonium ion in the lattice. There is no evidence of any covalent interaction between the ammonium and chloride ions.

On a effectué des calculs ab initio de densité fonctionnelle sur la phase ordonnée du chlorure d'ammonium et on a comparé les résultats avec les données expérimentales. On a effectué des mesures de diffraction de neutrons par des poudres de14ND4Cl et15ND4Cl à 5 K; le paramètre de réseau est égal à 3,8224(4) D et la longueur de la liaison N-D est égale à 1,0318(8) Š. Les valeurs structurales et spectroscopiques calculées sont en bon accord avec les résultats de l'affinement de la diffusion de neutrons et les données spectroscopiques mesurées. La barrière calculée pour la réorientation de l'ion ammonium autour de l'axe quaternaire est de 29 kJ mol−1 et la compressibilité calculée est de 3,78 × 10−11 Pa−1. On a évalué le moment octapolaire de l'ion ammonium dans le cristal à partir de la densité électronique calculée et elle est environ de 10 à 20% plus élevée que celle de l'ion libre. Le moment octapolaire ne varie pas beaucoup avec l'orientation de l'ion ammonium dans le réseau. On n'a relevé aucune indication de présence d'interactions covalentes entre les ions ammonium et chlorure.

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