Proposition of two layered ionic structures, with xy disorder but z–ordered, in a quasi–liquid system

D. Moronta*, M. Martín–Landrove**, C. Gago*** and A.J. Pardey****

* Centro de Resonancia Magnética, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Apartado Postal 47586, 1041 A, Venezuela, e–mail: dmoronta@fisica.ciens.ucv.ve.

** Centro de Resonancia Magnética, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela and Instituto de Resonancia Magnética, La Florida–San Román, Caracas, Venezuela

*** Centro de Resonancia Magnética, Escuela de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela

**** Centro de Equilibrios en Solución, Escuela de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela

Recibido el 10 de diciembre de 2001
Aceptado el 20 de abril de 2005

Abstract

Boundary layers at the liquid–solid interface of increasing concentrations of CuSO4 aqueous solutions in contact with glass have been studied. An orderly sequence of Cu²⁺ – SO²₄ – Cu²⁺– SO^2–₄ solvated ionic sub–layers parallel to the glass are formed, being the first one electrostatically anchored to the surface. Cu²⁺ EPR line intensity, and NMR proton relaxation T₂ studies show outstanding similarities, which can be explained by the presence of different stages of ionic organization with the concentration, at the semi–liquid boundary layers. At a critical concentration C_m, two stable local layers (of two sub–layers each) of ions are proposed to be present. In them, the ions in the xy, parallel to the wall plane are randomly distributed, but with the proposed order in z perpendicular to the wall axis.

Keywords: Boundary layers; EPR; NMR; ionic order; magnetic ordering,; CuSO4.

Resumen

Se han estudiado las capas límites en la interfase líquido–sólida formadas por concentraciones crecientes de soluciones acuosas de CUSO₄, en contacto con una superficie de vidrio. Se forma una secuencia ordenada de iones solvatados Cu²⁺ – SO^2–₄ – Cu²⁺– SO^2–₄ de sub–capas paralelas a la pared, estando la primera anclada electrostáticamente a la superficie. Estudios de las intensidades de línea de RPE de los iones Cu²⁺, así como estudios de la relajación T2 de los protones mediante RMN, muestran comportamientos similares, que pueden ser explicados por la presencia de distintos estadios en la organización de los iones con la concentración, en las capas límites. A cierta concentración crítica C_m, se propone la presencia de organizaciones locales y estables de dos capas de iones (con dos sub–capas cada una), dichos iones están dispuestos al azar en el plano xy definido por la pared, y con el orden propuesto en el eje z perpendicular a la misma.

PACS: 73.30.+y;75.10.–b;87.64.Hd

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Acknowledgements

We want to thank Prof. Alfredo Zambrano for his EPR spectra calculations using his Flipper Program System. This research was sponsored by the Research Grant CDCH–03.11.2799.92; D.M. thank adnj–2.03 support.

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