Developments in the nuclear magnetic resonance study of molecular motion in solids

Department of Physics, University of Nottingham, Great Britain.

Abstract

A review is given of progress during the past five years in applying the nuclear magnetic resonance method to the study of molecular motion in solids. Examples of globular molecules include : perfluorocyclohexane, adamantane, hexamethylenetetramine, camphor, hexamethylbenzene. Small molecular systems discussed include : hydrogen ions in metallic hydrides, solid hydrogen and deuterium, solid ³He, ethylene, cyclobutane, cyclohexane, tetramethyl compounds, simple tetrahedral and octahedral systems. The motion of water molecules has been examined in hydrates, mineral crystals and fibrous materials, and also the rotational motion of molecules encaged in clathrates or bound in solid complexes. Methyl group re-orientation and molecular self-diffusion have been reported in many compounds. Chemical shift fine structure is resolved in some solids whose spectra are strongly narrowed by rotational and diffusional motion, and is also obtained by the technique of macroscopic rotation. Long chain molecules, polymers, and solutes in liquid crystals are discussed. Developments both in experimental methods and in theoretical interpretation are briefly mentioned, and a section is given on molecular motion studied through quadrupole effects.

Résumé

Dans cet article les auteurs passent en revue les progrès faits depuis cinq ans dans l’application à l'étude du mouvement moléculaire dans les solides au moyen de la méthode de résonance magnétique nucléaire. Comme exemples de molécules globulaires ils citent le perlluorocyclohexane, l’adamantane, l’hexaméthylène-tétramine, le camphre et l’hexaméthylbenzène. Parmi les petits systèmes moléculaires qu’ils discutent se trouvent les ions hydrogènes dans les hydrures métalliques, l’hydrogène et le deutérium solides, ³He solide, l’éthylène, le cyclobutane, le cyclohexène, les composés du tétraméthyle, et les simples systèmes tétraédriques et octaédriques. On a examiné les mouvements des molécules d’eau dans les hydrates, les cristaux minéraux et les matières fibreuses, le mouvement rotationnel des molécules enfermées dans des clathrates ou liées dans des complexes solides. On a signalé l’existence de la réorientation du groupe méthyle et de l’autodiffusion dans beaucoup de composés. Dans certains solides dont les raies de résonance sont très fines, on résout la structure du déplacement chimique par un mouvement rotationnel ou diffuseur; ou bien on obtient ce résultat par la technique de rotation macroscopique. Les auteurs discutent les molécules en longue chaîne, les polymères et les corps dissous en cristaux liquides. Ils mentionnent brièvement et les développements dans les méthodes expérimentales et les interprétations théoriques; et ils ajoutent un paragraphe qui traite du mouvement moléculaire étudié par des effets quadrupolaires.