DOI: 10.1051/jp2:1993217
J. Phys. II France 3 (1993) 1511-1533

Pair correlation effects for attractive ions in paramagnetic D ₂O solutions: T₁ frequency dependence at low ionic concentrations

M. Jeannin^{1, 2}, E. Belorizky², P. H. Fries¹ and W. Gorecki<sup>2

1</sup>  CEA/Département de Recherche Fondamentale sur la Matière Condensée, SESAM/CC 85X, 38041 Grenoble Cedex, France
²  Laboratoire de Spectrométrie Physique, Université Joseph Fourier, B.P. 87, 38402 Saint Martin d'Hères Cedex, France

(Received 12 May 1993, accepted 12 July 1993)

Abstract
We report careful measurements of the relaxation times T₁ of the protons and phosphorus nuclei on the (CH ₃) ₄P ⁺ ions in the presence of ON(SO ₃) ₂^2- anion radicals in D ₂O solutions at 25 . The measurements were repeated for several NMR frequencies and various radical concentrations up to 0.08 mol.l ^-1. The interpretation of the results is performed using an ion-ion mean force potential which is calculated for a model of attractive hard ions in a discrete solvent of polar molecules. The relaxation times are calculated by assuming that the relative diffusion of the ions is described by a Smoluchowski equation associated with the above potential and by taking the eccentricity of the interacting spins into account. A good agreement between theory and experiment can be obtained without any adjustable parameter, but it is qualitatively suggested that the non-spherical shape of the ions should be included in the model in order to obtain a more accurate interpretation.

Résumé
Nous avons mesuré les temps de relaxation T₁ des protons et du phosphore des ions (CH ₃) ₄P ⁺ en présence de radicaux anions ON(SO ₃) ₂^2- en solution dans D ₂O à 25 . Les mesures ont été à plusieurs fréquences de résonance nucléaire pour des concentrations radicalaires variables jusqu'à 0,08 mole.l ^-1. L'interprétation de ces résultats est effectuée à l'aide d'un potentiel des forces moyennes ion-ion calculé pour un modèle d'ions durs attractifs dans un solvant discret de molécuels polaires. Les temps de relaxation sont calculés en supposant que la diffusion relative des ions est décrite par l'équation de Smoluchowski associée au potentiel précédent et en tenant compte de l'excentricité des spins en interaction. Un bon accord théorie-expérience est obtenu sans paramètres ajustables, mais l'on explique qualitativement comment une interprétation plus fine nécessiterait la prise en compte de la forme non sphérique des ions.

PACS
61.16N - 66.10 - 76.60

© Les Editions de Physique 1993