The structure of HoD3

Abstract
X-ray diffraction studies have shown (Sturdy and Mulford, 1956 ; Pebler and Wallace, 1962) that the metal ions in the heavy lanthanide trihydrides (beginning with Sm) are in a close packed hexagonal arrangement with c/a approximately equal to 1.80. It has generally been assumed that hydrogen in these and the more dilute hydrides reside in the octahedral and tetrahedral interstices. Unpublished lattice energy calculations by Pebler and Wallace showed that this cannot be correct since the hexagonal trihydride is energetically unstable relative to the cubic arrangement. The present work was undertaken as a follow-up of the earlier study of TbD2 and HoD2 (Cox et al., 1963) and was initiated to provide information concerning the location of the deutérium ions in the hexagonal trideuterides. HoD3 was chosen for study and neutron powder diffraction patterns were obtained using the Westinghouse Test Reactor. The unit cell found for HoD3 using neutrons is three times larger than the pseudo-cell found using x-ray procedures (an = 6.308 Å, cn = 6.560 Å). Thus the unit cell contains 6 holmium and 18 deuterium ions. The space group for HoD 3 is P3c1 (D43d) with occupancy of positions as follows : 6 Ho in (f) : ± (2/3, 0, 1/4 ; 0, 2/3, 1/4 ; 1/3, 1/3, 1/4). 12 D in (g): ± (xyz; y, x-y, z; y-x, x, z; y, 1/2 + z; x, x-y, 1/2 + z; y-x, y, 1/2 + z) with xg = 0.356, yg = 0.028, zg = 0.096. 4 D in (d) : ± (1/3, 2/3, z ; 1/3, 2/3, 1/2 + z) with zd = 0.167. 2 D in (a) : ± (0, 0, 1/4). The trihydrides of the following metals have the same x-ray pseudo cell : Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu and Y. From general considerations it appears that these hydrides are isostructural with HoD3.

Résumé
Des études de diffraction aux rayons X ont montré (Sturdy and Mulford, 1956, Pebler and Wallace, 1962) que les ions métalliques dans les trihydrures des lanthanides lourds (partant de Sm) ont un arrangement hexagonal compact avec c/a approximativement égal à 1,80. Il a généralement été admis que l'hydrogène dans ces hydrures et dans ceux plus dilués se situe dans les interstices octaédriques et tétraédriques. Des calculs d'énergie du réseau par Pebler et Wallace montrent que ceci ne peut être correct puisque le trihydrure hexagonal est énergiquement instable par rapport à l'arrangement cubique. Le présent travail a été entrepris pour donner suite à l'étude antérieure [1] de TbD2 et HoD2 (Cox et al. 1963) et pour localiser les ions deutérium dans les trideutérures hexagonaux. On a choisi HoD3 pour cette étude et on a obtenu les diagrammes de diffraction de poudre en utilisant le Westinghouse Test Reactor. La maille trouvée pour HoD3, en utilisant les neutrons est trois fois plus grande que la pseudo-maille trouvée avec les rayons X de sorte que la maille contient 6 ions holmium et 18 ions deutérium. Le groupe d'espace pour HoD3 est P3 c1 (D43d) avec les positions suivantes : 6 Ho en 6f : ± (2/3, 0, 1/4 ; 0, 2/3, 1/4 ; 1/3, 1/3, 1/4). 12 D en 12 g : ± ( xyz ; , y, x-y, z; y-x, , z; y, x, 1/2 + z ; x, x-y, 1,2 + z ; y-x, y, 1/2 + z) avec xg = 0,356 ; yg = 0,028 ; zg = 0,096. 4 D en 4 d : ± (1/3, 2/3, z ; 1/3, 2/3, 1/2 + z) avec zd = 0,167. 2 D en 2 a: ± (0, 0, 1/4). Les trihydrures des métaux suivants ont la même pseudo-maille aux rayons X : Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu et Y. On déduit de considérations générales que ces hydrures ont la même structure que HoD3.