Numéro
J. Phys. France
Volume 43, Numéro 12, décembre 1982
Page(s) 1797 - 1808
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:0198200430120179700
J. Phys. France 43, 1797-1808 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:0198200430120179700

Molecular reorientations of bicyclo [2, 2, 2] octane in its plastic solid phase : correlation times from incoherent quasielastic neutron scattering study

M. Bée1, 2, J.L. Sauvajol2 et J.P. Amoureux2

1  Institut Laue-Langevin, 156X, Centre de Tri, 38042 Grenoble Cedex, France
2  Laboratoire de Dynamique des Cristaux Moléculaires, Université des Sciences et des Techniques de Lille, 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex, France


Abstract
Using the incoherent quasielastic neutron scattering technique, we have studied the molecular reorientations of bicyclo [2, 2, 2] octane CH(CH2CH2)3CH in its plastic phase. A sample temperature ranging from 173 K to 359 K was used with four values of incoming neutron wavelength, using a polycrystalline sample. The observed quasielastic spectra are described by a model in which the molecules perform reorientational jumps between six equilibrium positions equally spaced by 60° around the molecular symmetry axis, together with a tumbling of the molecule from a [111] lattice direction to an equivalent position. The resulting values of the correlation times follow the two Arrhénius laws : τM6 = 1.743 × 10-13 exp(ΔHM/RT) s ΔH M = 5.64 kJ/mole τC4 = 1.952 × 10-13 exp(ΔHC/RT) s ΔH C = 8.90 kJ/mole. For the highest temperatures, a description on the basis of the rotational diffusion model is also examined.


Résumé
La diffusion quasi élastique incohérente des neutrons a permis d'étudier les réorientations moléculaires du bicyclo [2, 2, 2] octane CH(CH2CH 2)3CH dans sa phase plastique. Les mesures ont été effectuées dans un domaine de température allant de 173 K à 359 K, pour quatre valeurs de la longueur d'onde des neutrons incidents, en utilisant un échantillon polycristallin. L'allure des spectres quasi élastiques observés est décrite par un modèle dans lequel les molécules effectuent des sauts réorientationels entre six positions d'équilibre également espacées de 60° autour de l'axe de symétrie, avec en outre un basculement de la molécule d'une direction [111] du réseau cristallin à une autre équivalente. Les valeurs finales des temps de corrélation obéissent aux deux lois d'Arrhénius : τM6 = 1,743 × 10-13 exp(ΔHM/RT) s ΔH M = 5,64 kJ/mole τC4 = 1,952 × 10-13 exp(ΔHC/RT) s ΔH C = 8,90 kJ/mole. Aux températures les plus élevées, une description sur la base d'un modèle de diffusion rotationnelle est aussi examinée.

PACS
6150 - Crystalline state.

Key words
molecular reorientation -- neutron diffraction examination of materials -- organic compounds -- plastic crystals