Academic Open Internet Journal

www.acadjournal.com

Volume 10, 2003

 

 

STUDY OF SOME RARE-EARTH COMPLEXES THROUGH MOSSBAUER RESONANCE

    By

Mashhood Ali * and   Alimuddin 

Department of Applied Physics

Aligarh Muslim University , Aligarh – 202002 , India.

 

ABSTRACT

Some  Eu¹⁵¹ - complexes  are  investigated  experimentally  using  the    Mossbauer  resonance. The quadrupole coupling constant , the electric field gradient,  isomershift   and s – electron density  have been   estimated  in each complex . In some of the cases the sign of the electric field gradient  is found to be negative . The  information about the ligands coordination numbers and covalency  of the complexes is also obtained .

1.      INTRODUCTION

In  the  present  work  some  europium  complexes  have been studied  experimentally  by the hyperfine field investigations . Since the hyperfine  field parameters  give several  important aspects at  the microscopic  level hence for Mossbauer investigations  the interesting  thing is attachment of the  ligands to Eu¹⁵¹ .The  complexes  under investigation  are newly  synthesized  species  with different  ligands   attached  to  Eu . The  complexes  are important from  the point  of view  of  their  wide  applicability ¹⁾ . 

2.  MOSSBAUER   ABSORBERS

All   the  absorbers   used here  were  prepared  from  the chemicals  of  reagent    grade  in  the  laboratory  of  Department  of  Chemistry ,  Aligarh  Muslim  University,  Aligarh,  India .  The  trivalent  europium  chloride  (EuCl₃ )  used  for  preparation  of  these  complexes  was  prepared  from  its oxide  ^{2 )} .  The radioactive Sm¹⁵¹  in the form  of  anhydrous trifluoride   ( supplied  by  New  England Nuclear  Corporation,  Bosten, U.S.A.) is used as Mossbauer  single  line  source.  The Eu¹⁵¹ complexes  under  investigation  are  given  below :

____________________________________________________________________

*     Dept.  of   Physics,    Poona  College,     Pune,    India .

 

  1)      Eu ( DPM ) ₃ Piperazine  ^{3 )}

  2)      Eu ( FOD ) ₃  Im  ^{4 )}

  3)      Eu ( TFAA ) ₃   Dipy 2 H ₂ O  ^{5 )}

  4)      Eu ( AA ) ₃   ^{6 )}

  5)      Eu ( TFAA ) ₃  Phen  ^{5 )}

  6)      Eu ( DPM ) ₃  ^{7 )}

  7)      Eu ( DPM ) ₃  Im  ^{5 )}

Where ( DPM )   =       2,2,6,6,  tetra methyl  - 3,  5 – heptamedione (enoleform – H ) ,

( FOD )               =             Heptafluoro – 7 ,    7 – dim ethyl      octamedione ,

Im                       =             Imidazole ,

Dipy                   =             2,  2’  - dipyridyl ,

( AA )                 =              Acetyl acetone   ( enoleform   -   H ) ,

(TFAA)              =             Trifluoroacetylacetone   ( enoleform  - H ) and

( Phen )               =             1,    10   phenanthroline .

 

The   following  Table  - І   shows  the  Mossbauer  absorber   samples   containing  

Eu ¹⁵¹    ( in    mg / cm² ) .

 

S.No.   Name  of  the absorber            Total  weight of                     Content   of .                                                                    .                                                               absorber in gm.                    Eu¹⁵¹ mg /cm²

------------------------------------------------------------------------------------------------------

1.     Eu  (DPM)₃  Piperazine                          0.3625                                     31.35

2.     Eu  (FOD) ₃  Im                                      0.3115                                     26.95

3.      Eu (TFAA) ₃  Dipy,2 H ₂O                    0.3212                                        27.81

4.      Eu ( AA ) ₃                                             0.2915                                       25.22

5.      Eu (TFAA) ₃ Phen                                  0.3042                                       26.31

6.      Eu ( DPM ) ₃                                            0.3435                                      29.71

       The  complexes  investigated  here  have  quadrupole  coupling  constant  positive  as  well  as  negative .  The  sign  of  the  quadrupole  coupling  constant  ( q. c. c)  of  Eu ¹⁵¹ gives  information  about  the  sign  of  the  electric  field  gradient  (EFG)  . It  is  not  applicable  to  Mossbauer  transition  in case  of  Fe ⁵⁷ .  Since  the  quadrupole  splitting  of  Eu  ( III )  complexes  depend  on  the  distortions  of  crystallographic  sites  occupied  by  Eu ¹⁵¹ ion . Hence  the  attachment  of  the  ligands  are  very  important  for q.c.c.  Thus  the  knowledge  of  q.c.c.  gives    information  about  coordination  number  of  the  complexes .  It  is  a  fact  that   ^{12 )} , as  the  coordnation  number  increases,  the  electronic  charge  distribution  surrounding  the  metal  ion  tends  towards  spherical  symmetry  and  therefore  decreases quadrupole  coupling  constant. In  all  complexes  investigated  here,  the  complex   Eu  (TFAA)₃ Dipy, 2 H₂O  has  large  positive  q.c.c.  and  the  complexes   Eu  (DPM) ₃  and  Eu (DPM)  Im   have  negative  q . c . c .

 

 For divalent  low  spin  Eu  complexes,  the  isomer  shift  is  about  -13.0   to -10.0  mm/s   and  for  low  spin  trivalent  configurations  of  Eu   complexes  so  for   studied¹²⁾  indicate   the positive  isomer  shift   of  a  range  about  of  0.0  to  1.5  mm/s.  In  the  present  work  the  isomer  shifts   have  a  range  of  about  + 0.1222 mm/s  to  + 1.4350  mm/s  which  shows  the  Eu   configuration  is  a  low  spin  trivalency          Eu  ( III ).  The  knowledge  of  isomer  shifts  gives  information  about  coordination  number  and  covalency  of  the  complexes ,  because  the  Eu complexes  follow  the  general  rule  ¹³⁾  that  an  increase  in  coordination  number  and  increase  in  covalency  will  always  make  a  decrease  in  isomer  shift .  Therefore  from  the     table - II  it is  very  clear  that  complexes – Eu  ( DPM ) having  isomer  shift  +0.1222  mm/s  has  large  coordination  number  and  more  covalent  character  of  the  bonds  than  complexes  Eu ( AA )  having  isomer  shift  +1.4350  mm/s.

 

 

REFERENCES

1)                D.  T . Chaudhari,     S.  S.  Sabina,    C.   V.    Dalewala,    Bull .  Haffkin           .                   Inst  . 3 ( 2 ) , 81  ( 1975 ) .

2)                Kooh – Light    Lab.   England .

3)                 K .  Iftikhar , M .  Sayeed  and  N .  Ahmad  ,  Indian   J.   Chem . , V21A         .                    No .    10   ( 1981 )   1028 .

4)                 K .  Iftikhar , M .  Sayeed  and  N .  Ahmad  ,  Inorg.     Chem .      Vol21,                                 .                    No .1 ( 1982 ) 82 .                                                                                           5)                 M .   Sayeed   and   N .  Ahmad  ,   J .  Inorganic .  Nucl .  Chem . ,  V 43,

                    No.   12     ( 1981 )    3197 .

6)                 J .G .  Stetes .  C . N .  McCarty   and  L .L .  Quill ,  J . Am .    Chem . ,

                    Soc .    70 , 3142   ( 1948 )  .

7)                 J .  Selbin ,   N .  Ahmad   and  N .   Bhacca ,   Inorgy .   Chem . ,    10 ,

                    1383 ( 1971 ) .

8)                 N .N .   Greenwood   and  T . G .   Gibb ,   Mossbauer   Spectroscopy , 

                     p .10-11 ,   Chapman   and   Hall   Ltd . ,   London ,   ( 1971 ) .

9)                 R . L .    Mossbauer ,    Journal     de   Physique , InternationalConference

                     on   the   Applications  of  the  Mossbauer  effect ,  Corfu ( Greece) ,Dec.

                     1976 ,    p .   06 – 13 .

10)               B . L . Chrisman   and  T . A .   Tumolillo ,   Technical    report   No .178,

                    Research   in  Nucl .   Phys .   at  the   Univ .   of   Illinois , ( 1969),U.S.A.

11)             N .N .   Greenwood   and  T . G .   Gibb ,   Mossbauer   Spectroscopy , 

                    p .546 ,   Chapman   and   Hall   Ltd . ,   London ,   ( 1971 ) .

12)               Chris    M . P .   Barton    and   Norman   N .  Greenwood ,   Mossbauer 

                     Effect    Data    Index   1973 ,   p .   395 .

13)               G . W .     Bulaney      and    A . F      Glifford  ,   ‘ Mossbauer    Effect 

                     Methodology ,  ‘  Vol .  5 , p .  65 ,  Ed . ,  I . J .   Gruverman ,   Plenum

                     Press ,    N . Y .   (  1970  ) .  

 

 

FIGURE CAPTIONS

 

Fig. 1    Eu – spectrum   of  Eu ( DPM ) Piperazine   showing   computed positions  and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

             ( Data  points  are  not  shown  in  fig. )

 

Fig. 2    Eu – spectrum   of  Eu ( FOD )   I showing   computed    positions and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

             ( Data  points  are  not  shown  in  fig. )

 

Fig. 3  Eu – spectrum   of  Eu ( TFAA) Dipy, 2H O  showing  computed  positions        and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Fig. 4    Eu – spectrum  of  Eu (AA)   showing  computed positions  and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Fig. 5    Eu – spectrum   of  Eu (TFAA) Phen, showing  computed positions  and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Fig. 6  Eu – spectrum   of  Eu (DPM) showing  computed positions  and  intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Fig. 7   Eu – spectrum   of  Eu (DPM) I showing  computed positions  and   intensities   of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Fig. 8     Eu – spectrum   of  Eu O showing  computed positions  and intensities  of  the  eight  lines  due  to  quadrupole  interaction.

 

Table II

Isomer – shift* and quadrupole coupling constant  etc obtained through the computer analysis.

 

Complex	Line width (mm /s)	Line width (eV)´10	Quadrupole coupling constt. (mm/s)	Quadrupole coupling constt. (eV )´10	Electric field gradient (V/m )´10	Isomer shift (eV)´10	s-electron charge density**´10
1.Eu(DPM) Piperazine       2.Eu(FOD) I                    3.Eu(TFAA) Dipy.2H o       4.Eu(AA)             5.Eu(TFAA) Phen         6.Eu ( DPM )                       7.Eu ( DPM ) I	0.639 ± 0.081     0.480 ± 0.206     5.120 ± 2.102     0.945 ± 0.277     0.299 ± 0.098     0.553 ± 0.102     1.020 ± 0.154	11.097 ± 1.406     8.341 ± 3.577     88.919 ± 36.505     16.411 ± 4.810     5.203 ± 1.709     9.603 ± 1.771     17.716 ± 2.674	5.226 ± 0.562     4.221 ± 1.580     13.060 ± 2.630     3.047 ± 0.635     1.090 ± 0.046     - 4.426 ± 1.214     - 4.981 ± 1.529	37.600 ± 4.043     30.395 ± 11.396     94.072 ± 18.970     21.930 ± 4.580     7.860 ± 0.331     - 31.874 ± 8.756     - 35.868 ± 11.028	21.155 ± 0.821     17.102 ± 3.563     52.934 ± 14.513     12.342 ± 3.785     4.426 ± 1.631     17.937 ± 1.926     20.189 ± 2.601	5.120 ± 0.56     4.335 ± 0.705     6.027 ± 1.101     1.513 ± 0.129     0.770 ± 0.152     6.207 ± 1.224     1.144 ± 0.153	6.466       17.637     13.856   5.475 14.936 11.732   7.612       20.762 16.312   1.911 5.212 4.095   0.972 2.652 2.084   7.864 21.378 16.794   1.444 3.940 3.096

*  The Isomer shifts  are relative to EuF   ( 0.00 mm / s ) .

** s- electron charge density has been calculated with three different value of d < R > ^{( 11)}