Zinkmetals densitet måler massen af zink pr. volumenenhed. Zinkmetal har en massefylde på ca. 7,14 g/cm³ ved stuetemperatur. Det betyder, at hver kubikcentimeter zink vejer 7,14 gram. Zink er et relativt tungt metal sammenlignet med andre som aluminium, men lettere end metaller som bly. Det bruges ofte til galvanisering, batterier og legeringer.
Lad os udforske zinkmetaldensitet, og hvordan det fungerer. Lær om deres særlige kriterier og anvendelser.
Forstå zinkmetals egenskaber
Hvad er zink og dets vigtigste egenskaber?
Zink er det 24. metal i jordskorpen. Det har skinnende overflader med et blåhvidt udseende. Dette metal er almindeligt tilgængeligt. Korrosionsbestandighed, holdbarhed og støbning er de unikke egenskaber, som zinklegeringer indeholder. Så det er et vigtigt element i fremstillingen
Elektronisk konfiguration af zink
Der er [Ar]3d10 4s2 elektronisk konfiguration i zink. Det svarer til dens 30 elektroner. Det har to elektroner i den ydre skal, hvilket reducerer zinkreaktionen. Derfor ruster eller korroderer zink ikke så let.
Metallisk binding i zink
Metalliske bindinger holder zinkatomerne sammen. Det betyder, at zinkbindingerne er duktile og formbare. Duktilitet refererer til dets strækbarhed i tråde.
På samme måde betyder formbar, at man kan hamre og forvandle det til en tynd plade. Derfor er zink velegnet til fremstilling af forskellige ting, herunder batterier og belægninger.
Fysiske egenskaber ved zink
Når vi taler om fysiske egenskaber, har zink et kogepunkt på 907 °C og et smeltepunkt på 419,5 °C. Barren leder også varme godt på grund af dens varmeledningsevne på 116 W/m-K.
Der er 59,0 nΩ elektrisk resistivitet i zinkbarrer. Det gør det til en moderat elektrisk leder. Det er dog ikke så godt som kobber eller sølv.
Krystallografiske data for zink
Zink har en krystalstruktur. Den er hexagonal tætpakket (HCP). Dens gitterparametre varierer fra 266,5 pm og c = 494,7 p. Der er en P63/mmc-rumgruppe. Grunden til, at zink er så stærkt og stabilt, er dets struktur.
Kilder og typer af zink i naturen
Geokemiske processer
Man kan finde zink i jordskorpen og danne det i malmforekomster. Til dette er geokemiske processer vigtige. I denne teknik flyttes varm væske gennem klipper for at adskille zinkindholdet.
Mineralogi af zinkmalme
Malmforekomster indeholder sphalerit (ZnS), smithsonit (ZnCO3) og hemimorphit (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).
Blandt dem er sphalerit normalt almindeligt forekommende. Det findes også i andre legeringer som bly og sølv.
Minedrift og udvinding af zink
Metalarbejdere bruger mineteknikker til at udvinde zinkmetal fra malmforekomster. De knuser og opvarmer malm gennem ristnings- eller reduktionsprocessen.
Kemiske reaktioner hjælper med at få zink ud af malmen. Det er der også:
- Sphalerit: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
- Smithsonit: ZnCO3 → ZnO + CO2
Zinkmetaldensitet forklaret
Hvad er zinks massefylde i kg/m3?
Ved stuetemperatur er densiteten af zink op til 7.140 kg/m³. Så i forhold til kubikvægten er en meter omkring 7.140 kg.
Tæthed er meget vigtig for at kende atomernes tæthed. De er pakket i et materiale.
Effektiviteten af atompakning i HCP-gitter
Atomerne i zinkens HCP-struktur er arrangeret i lag. Atomerne sidder tæt sammen. Det gør zink til en tæt barre. For eksempel har HCP en atomar pakningseffektivitet på 74%. Det betyder, at 74% af zinkrummet har atomer, og resten er tomt.
Sammenligning af densitet med andre metaller
- Aluminium har en massefylde på 2.700 kg/m³.
- Jern har en massefylde på 7.870 kg/m³.
- Kobber har en massefylde på 8.960 kg/m³.
Sammenlignet med aluminium er zink en meget tættere legering. Den indeholder dog mindre massefylde end jern og kobber.
Så derfor passer zinklegeringer godt til støbning. Det kræver en balance mellem vægt og styrke.
Teoretisk beregning af densitet
Du skal bruge parametre for gitter og atommasse for at beregne zinks teoretiske massefylde. Den teoretiske formel for massefylde kan være:
Her repræsenterer Z-elementet antallet af atomer pr. celleenhed. M står for atommasse. I mellemtiden viser Vc enhedens cellevolumen, og Na er et antal Avogadro'er.
Sammenligning af smeltet zinks densitet med zinkstøvets densitet
Interatomar afstand og tomrum
Når du smelter zink, bevæger dets atomer sig frit. Så der er mere tomrum. Det øger det interatomare rum og reducerer densiteten. Hvis man f.eks. smelter zink ved 500 °C, reduceres densiteten til 6.600 kg/m³.
Tæthed af zinkstøv
Zinkstøv er bittesmå partikler af zink. Densiteten af zinkstøv er normalt lavere end densiteten af faktisk eller rent zinkmetal. Det skyldes, at der er lufthuller mellem dem.
Det betyder, at overfladearealerne og partiklernes størrelse dikterer tætheden. Hvis metallet f.eks. indeholder mindre partikler, har det mere plads, hvilket fører til flere lufthuller. Densiteten er derfor lavere.
Eksperimentelle data om tæthed af smeltet zink
Temperaturstigningen medfører et fald i densiteten. Det er sådan, de eksperimentelle data fungerer for zink.
For eksempel stiger densiteten ved 500 °C til 6.600 kg/m³. I mellemtiden, når du øger temperaturen til over 800°C, reduceres densiteten (6.200 kg/m³).
Udforskning af zinklegeringers tæthed og forbindelser
Zinklegeringer og deres tæthed
Zinkmetal kan kombineres med andre metallers indhold for at skabe deres unikke legeringsformer. De mest almindelige zinklegeringer er zamak og messing.
Zamak-legeringer er designet til at blive brugt i mange støbedele, som f.eks. bilkomponenter og legetøj. I mellemtiden gør kombinationen af zink og kobber i messing det velegnet til musikinstrumenter og VVS.
Legeringens sammensætning og densitet
Densiteten af zinkmetal bestemmes også af basen af dets legeringselementer. For eksempel,
- Zamak 3 har en massefylde på 6,6 g/cm³. Det indeholder 96% zink, 4% aluminium og andre spor af magnesium og kobber.
- Messinglegeringer består af 70% Cu og 30% Zn. Så det danner en massefylde på 8,5 g/cm³
Tilsætningen af aluminiumspartikler i zinklegeringen gør den til en lettere løsning. På samme måde bidrager kobber til at gøre messing mere tæt.
Legeringselementernes effekt på krystalgitteret
Sammensætningen af zink med andre legeringer kan ændre placeringen af dets atomer (stedfortrædende) eller erstatte dem. Den kan også passe mellem dem (interstitiel).
Substitutionelt indhold (kobber) ændrer gitterstørrelsen. Det er derfor, densiteten bliver påvirket. Gitteret bliver strammere med tilføjelsen af interstitielle elementer som kulstof. Det øger densiteten.
Zinkforbindelser og deres tæthed
Krystalstrukturer og binding
De forbindelser, der dannes af zink, er zinkoxid (ZnO) og zinksulfid (ZnS). Deres krystalstruktur er forskellig. Det skyldes, at zinkoxid har en sekskantet struktur. I mellemtiden forekommer zinksulfid i både kubisk og sekskantet.
Indflydelse af binding på densitet
Bindingsformen påvirker zinkmetallets tæthed. Zinkoxid består af ioniske bindinger. Det giver en massefylde på omkring 5,6 g/cm³.
I mellemtiden får zinksulfid kovalente bindinger. Resultatet er, at de bliver mindre tætte, omkring 4,1 g/cm³.
Faktorer, der påvirker zinkmetaldensiteten
Temperaturafhængighed af zinktæthed
En stigning i temperaturen resulterer i, at zinks massefylde falder. Når det udsættes for en temperatur på 500 °C, falder det til 6.600 kg/m³. Årsagen er de øgede atomare vibrationer.
Du vil finde ud af, hvor vigtigt det er i industrielle processer. Hvor den kontrollerede temperatur giver en ensartet massefylde.
Zinkdensitetens afhængighed af tryk
Det højere tryk presser atomerne tættere sammen og fjerner mellemrummene. Derfor øges zinktætheden en smule. Denne teknik er fordelagtig ved fremstilling af højtryksdele som f.eks. dybhavsudstyr.
Forholdet ser ud som følger:
ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))
I denne parameter angiver ρ0 den oprindelige massefylde, Κ er kompressibiliteten, og trykket vises med P.
Urenheder og deres effekt på zinktætheden
Tilstedeværelsen af urenheder i zink er årsag til ændringer i densiteten. For eksempel bly, jern og cadmium. Urenheder, der er tunge, øger densiteten, mens de lettere ofte reducerer den.
Det er vigtigt at kontrollere urenheder. Så du kan bevare tætheden af delene.
Tæthedskontrol i industrielle applikationer
Proceskontrol indebærer overvågning af forskellige aspekter. For eksempel temperatur, tryk og urenheder. Kvalitetskontrolparametre giver dig mulighed for at opfylde tæthedsstandarden for zinkapplikationer.
Forkert kontrol medfører uønskede ændringer i tætheden. Det kan variere op til 2%. Dette påvirker også ydeevnen under belægninger og støbninger.
Måling og beregning af zinkmetaldensitet
Teknikker til måling af densitet
Der er mange måder at måle zinktæthed på. Især Archimedes' princip, gaspyknometer og røntgendiffraktion er de mest anvendte. Men hver metode passer til specifikke projekter og prøvetyper.
Arkimedes' princip
Ved hjælp af denne teknik nedsænker producenterne en zinkprøve i vand. De måler mængden af vand, der fortrænges.
Denne teknik fungerer bedst til faste eller ikke-porøse prøver. Du kan kende densiteten ved hjælp af denne formel:
Gas-pyknometer
I gaspyknometre registrerer producenterne gasforskydning for at måle volumen. De bruger for det meste denne proces til porøse eller uregelmæssige prøver. Det er på grund af dens evne til at udføre forskning og kvalitetskontrol.
Røntgendiffraktion
I forbindelse med måling af densitet analyserer røntgendiffraktion (XRD) zinks krystalstruktur. Denne proces er anvendelig til at studere zinklegeringer og deres forbindelser.
Sammenligning af metoder
- Archimedes' principper passer til faste prøver.
- Gaspyknometri passer godt til porøse prøver.
- Røntgendiffraktion er nyttig til detaljeret analyse.
Anvendelse af zinkmetaltæthed
Tæthedsanvendelser i ballast og kontravægte
Anvendelser som ballast og kontravægte udnytter zinks tæthed. Ballast tilføjer vægt til skibe og optager tilstrækkelig plads. Så skibet får stabilitet. På samme måde afbalancerer kontravægte belastningerne effektivt i applikationer som elevatorer og maskiner.
Zinkdensitetens rolle i trykstøbning
I Trykstøbning af zinker zinkmetallets tæthed vigtig. Det er vigtigt at give særlige egenskaber i applikationer af bildele og hardware.
Disse dele kræver stor nøjagtighed og produceres med præcis tæthed. Så delene har bedre styrke og holdbarhed.
På samme måde er det nødvendigt at opretholde en ensartet massefylde for at fremstille dele, der kan modstå høj belastning.
Konklusion
Blandt zinkmetallets unikke egenskaber er densiteten vigtig for forskellige anvendelser. Resten er elektronisk konfiguration og krystalstruktur. Kontrol og udforskning af temperatur, tryk og urenheder sikrer zinkens konsistens. Det er afgørende for alt fra industrielle legeringer til skibsballast. Denne viden viser, at zinks massefylde kan påvirkes af flere elementer. Vedligeholdelse af den giver ensartede resultater af høj kvalitet.