Η πυκνότητα του μεταλλικού ψευδαργύρου μετρά τη μάζα του ψευδαργύρου ανά μονάδα όγκου. Ο μεταλλικός ψευδάργυρος έχει πυκνότητα περίπου 7,14 g/cm³ σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε κυβικό εκατοστό ψευδαργύρου, ο ψευδάργυρος ζυγίζει 7,14 γραμμάρια. Ο ψευδάργυρος είναι ένα σχετικά βαρύ μέταλλο σε σύγκριση με άλλα, όπως το αλουμίνιο, αλλά ελαφρύτερο από μέταλλα όπως ο μόλυβδος. Χρησιμοποιείται συνήθως στο γαλβάνισμα, στις μπαταρίες και στα κράματα.
Ας εξερευνήσουμε την πυκνότητα του μετάλλου ψευδαργύρου και πώς λειτουργεί. Μάθετε για τα ιδιαίτερα κριτήρια και τις εφαρμογές τους.
Κατανόηση των ιδιοτήτων του μετάλλου ψευδαργύρου
Τι είναι ο ψευδάργυρος και οι βασικές του ιδιότητες;
Ο ψευδάργυρος είναι το 24ο μέταλλο στο φλοιό της γης. Έχει γυαλιστερές προσεγγίσεις με κυανόλευκη όψη. Αυτό το μέταλλο είναι ευρέως διαθέσιμο. Η αντοχή στη διάβρωση, η ανθεκτικότητα και η χύτευση είναι τα μοναδικά χαρακτηριστικά που περιέχει το κράμα ψευδαργύρου. Έτσι, αποτελεί ζωτικό στοιχείο για την κατασκευή
Ηλεκτρονική διαμόρφωση του ψευδαργύρου
Ο ψευδάργυρος έχει ηλεκτρονική διαμόρφωση [Ar]3d10 4s2. Αυτό αντιστοιχεί στα 30 ηλεκτρόνιά του. Έχει δύο ηλεκτρόνια εξωτερικού κελύφους, μειώνοντας την αντίδραση του ψευδαργύρου. Ως αποτέλεσμα, ο ψευδάργυρος δεν σκουριάζει ή διαβρώνεται εύκολα.
Μεταλλικός δεσμός στον ψευδάργυρο
Οι μεταλλικοί δεσμοί συγκρατούν τα άτομα ψευδαργύρου μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι οι δεσμοί ψευδαργύρου είναι όλκιμοι και εύπλαστοι. Η ολκιμότητα αναφέρεται στη δυνατότητα τέντωσής του σε σύρματα.
Ομοίως, το εύπλαστο σημαίνει ότι μπορείτε να το σφυρηλατήσετε και να το μετατρέψετε σε λεπτό φύλλο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο ψευδάργυρος είναι κατάλληλος για την κατασκευή διαφόρων πραγμάτων, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών και των επικαλύψεων.
Φυσικές ιδιότητες του ψευδαργύρου
Μιλώντας για τις φυσικές ιδιότητες, ο ψευδάργυρος έχει σημείο ζέσεως 907°C και σημείο τήξεως 419,5°C. Επίσης, αυτό το πλινθίο μεταφέρει καλά τη θερμότητα λόγω της θερμικής του αγωγιμότητας 116 W/m-K.
Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του ράβδου ψευδαργύρου είναι 59,0 nΩ. Αυτό το καθιστά μέτριο ηλεκτρικό αγωγό. Ωστόσο, δεν είναι τόσο καλός όσο ο χαλκός ή ο άργυρος.
Κρυσταλλογραφικά δεδομένα του ψευδαργύρου
Ο ψευδάργυρος έχει κρυσταλλική δομή. Αυτή είναι η εξαγωνική στενή στοιβαγμένη (HCP). Οι παράμετροι πλέγματός του κυμαίνονται από 266,5 pm και c = 494,7 p. Υπάρχει μια ομάδα χώρου P63/mmc. Ο λόγος για τον οποίο ο ψευδάργυρος είναι τόσο ισχυρός και σταθερός είναι η δομή του.
Πηγές και τύποι ψευδαργύρου στη φύση
Γεωχημικές διεργασίες
Μπορείτε να βρείτε ψευδάργυρο στο φλοιό της γης και να τον σχηματίσετε σε κοιτάσματα μεταλλευμάτων. Για το σκοπό αυτό, οι γεωχημικές διεργασίες είναι σημαντικές. Σε αυτή την τεχνική, θερμό ρευστό κινείται μέσα στα πετρώματα για να διαχωριστεί η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο.
Ορυκτολογία των μεταλλευμάτων ψευδαργύρου
Τα κοιτάσματα μεταλλευμάτων περιέχουν σφαλερίτη (ZnS), σμιθσονίτη (ZnCO3) και ημιμορφίτη (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).
Ανάμεσά τους, ο σφαλερίτης απαντάται συνήθως συνήθως. Υπάρχει επίσης σε άλλα κράματα όπως ο μόλυβδος και ο άργυρος.
Εξόρυξη και εξόρυξη ψευδαργύρου
Οι μεταλλουργοί χρησιμοποιούν τεχνικές εξόρυξης για να εξάγουν μέταλλο ψευδαργύρου από κοιτάσματα μεταλλευμάτων. Συνθλίβουν και θερμαίνουν τα μεταλλεύματα μέσω της διαδικασίας φρύξης ή αναγωγής.
Οι χημικές αντιδράσεις βοηθούν στην παραλαβή ψευδαργύρου από τα μεταλλεύματα. Υπάρχουν:
- Σφαλερίτης: → 2ZnO + 2SO2
- Σμιθσονίτης: ZnCO3 → ZnO + CO2
Επεξήγηση της πυκνότητας μετάλλων ψευδαργύρου
Ποια είναι η πυκνότητα του ψευδαργύρου σε kg/m3;
Σε θερμοκρασία δωματίου, η πυκνότητα του ψευδαργύρου φτάνει τα 7,140 kg/m³. Έτσι, όσον αφορά το κυβικό του βάρος, το ένα μέτρο του κυμαίνεται γύρω στα 7,140 kg.
Η πυκνότητα είναι πολύ σημαντική για τη γνώση της στεγανότητας των ατόμων. Είναι πακεταρισμένα σε ένα υλικό.
Αποδοτικότητα ατομικής συσκευασίας σε πλέγμα HCP
Τα άτομα της δομής HCP του ψευδαργύρου διατάσσονται σε στρώματα. Τα άτομα εφαρμόζουν στενά μεταξύ τους. Αυτό καθιστά τον ψευδάργυρο ένα πυκνό πλινθίο. Για παράδειγμα, η HCP έχει απόδοση ατομικής συσκευασίας 74%. Αυτό σημαίνει ότι 74% του χώρου του ψευδαργύρου έχουν άτομα και το υπόλοιπο είναι κενό.
Σύγκριση πυκνότητας με άλλα μέταλλα
- Το αλουμίνιο έχει πυκνότητα 2.700 kg/m³.
- Ο σίδηρος έχει πυκνότητα 7,870 kg/m³.
- Ο χαλκός έχει πυκνότητα 8,960 kg/m³.
Σε σύγκριση με το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος είναι ένα πολύ πυκνότερο κράμα. Περιέχει, ωστόσο, μικρότερη πυκνότητα από τον σίδηρο και τον χαλκό.
Ως αποτέλεσμα, τα κράματα ψευδαργύρου ταιριάζουν καλά με εφαρμογές χύτευσης. Αυτό απαιτεί ισορροπία μεταξύ βάρους και αντοχής.
Υπολογισμός θεωρητικής πυκνότητας
Χρειάζεστε παραμέτρους του πλέγματος και της ατομικής μάζας για να υπολογίσετε τη θεωρητική πυκνότητα του ψευδαργύρου. Ο θεωρητικός τύπος της πυκνότητας μπορεί να είναι:
Εδώ, το στοιχείο Ζ αντιπροσωπεύει τον αριθμό ατόμων ανά μοναδιαίο κύτταρο. Το Μ αντιπροσωπεύει την ατομική μάζα. Εν τω μεταξύ, το Vc δείχνει τον όγκο της μοναδιαίας κυψελίδας και το Na είναι ένας αριθμός Avogadro.
Σύγκριση της πυκνότητας λιωμένου ψευδαργύρου με την πυκνότητα σκόνης ψευδαργύρου
Διατομική απόσταση και κενό διάστημα
Όταν λιώνετε τον ψευδάργυρο, τα άτομά του κινούνται ελεύθερα. Έτσι, υπάρχει περισσότερος κενός χώρος. Αυτό αυξάνει τον διατομικό χώρο και μειώνει την πυκνότητα. Για παράδειγμα, το λιώσιμο του ψευδαργύρου στους 500°C μειώνει την πυκνότητα έως και 6.600 kg/m³.
Πυκνότητα σκόνης ψευδαργύρου
Η σκόνη ψευδαργύρου αντιπροσωπεύει μικροσκοπικά σωματίδια ψευδαργύρου. Η πυκνότητα της σκόνης ψευδαργύρου είναι συνήθως χαμηλότερη από εκείνη του πραγματικού ή καθαρού μετάλλου ψευδαργύρου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν κενά αέρα μεταξύ τους.
Αυτό σημαίνει ότι οι επιφάνειες και το μέγεθος των σωματιδίων υπαγορεύουν την πυκνότητα. Για παράδειγμα, εάν το μέταλλο περιέχει μικρότερα σωματίδια, έχει περισσότερο χώρο, γεγονός που οδηγεί σε περισσότερα κενά αέρα. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα είναι χαμηλότερη.
Πειραματικά δεδομένα για την πυκνότητα του λιωμένου ψευδαργύρου
Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της πυκνότητας. Έτσι λειτουργούν τα πειραματικά δεδομένα για τον ψευδάργυρο.
Για παράδειγμα, η πυκνότητα στους 500°C αυξάνεται έως 6.600 kg/m³. Εν τω μεταξύ, όταν αυξάνετε τη θερμοκρασία πάνω από 800°C, μειώνεται η πυκνότητα (6,200 kg/m³).
Εξερευνώντας την πυκνότητα και τις ενώσεις κραμάτων ψευδαργύρου
Κράματα ψευδαργύρου και η πυκνότητά τους
Το μέταλλο ψευδάργυρος μπορεί να συνδυαστεί με άλλα μέταλλα για να δημιουργήσει τις μοναδικές μορφές κράματος. Τα κοινά κράματα ψευδαργύρου είναι το Zamak και ο ορείχαλκος.
Τα κράματα Zamak έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούνται σε πολλά μέρη χύτευσης, όπως εξαρτήματα αυτοκινήτων και παιχνίδια. Εν τω μεταξύ, οι συνδυασμοί ψευδαργύρου και χαλκού του ορείχαλκου τον καθιστούν κατάλληλο για μουσικά όργανα και υδραυλικά.
Σύνθεση και πυκνότητα κράματος
Η πυκνότητα του μεταλλικού ψευδαργύρου καθορίζεται επίσης από τη βάση των στοιχείων κράματός του. Για παράδειγμα,
- Το Zamak 3 έχει πυκνότητα 6,6 g/cm³. Περιλαμβάνει 96% ψευδαργύρου, 4% περιεκτικότητας σε αλουμίνιο και άλλα ίχνη μαγνησίου και χαλκού.
- Τα κράματα ορείχαλκου αποτελούνται από 70% Cu και 30% Zn. Έτσι σχηματίζει πυκνότητα 8,5 g/cm³.
Η προσθήκη σωματιδίων αλουμινίου στο κράμα ψευδαργύρου το καθιστά ελαφρύτερη επιλογή. Ομοίως, ο χαλκός συμβάλλει στο να γίνει ο ορείχαλκος πιο πυκνός.
Επίδραση των στοιχείων κράματος στο κρυσταλλικό πλέγμα
Η σύνθεση του ψευδαργύρου με άλλα κράματα μπορεί να αλλάξει τις θέσεις των ατόμων του (υποκατάστατο) ή να τα αντικαταστήσετε. Μπορεί επίσης να χωρέσει ανάμεσά τους (διάμεση).
Η περιεκτικότητα σε υποκατάστατα (χαλκός) αλλάζει το μέγεθος του πλέγματος. Γι' αυτό επηρεάζεται η πυκνότητά του. Το πλέγμα γίνεται πιο σφιχτό με την προσθήκη ενδιάμεσων στοιχείων όπως ο άνθρακας. Αυτό αυξάνει την πυκνότητά του.
Ενώσεις ψευδαργύρου και η πυκνότητά τους
Κρυσταλλικές δομές και δεσμοί
Οι ενώσεις που σχηματίζονται από τον ψευδάργυρο είναι το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) και το σουλφίδιο του ψευδαργύρου (ZnS). Η κρυσταλλική τους δομή είναι διαφορετική. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το οξείδιο του ψευδαργύρου παρουσιάζει εξαγωνική δομή. Εν τω μεταξύ, το σουλφίδιο του ψευδαργύρου εμφανίζεται τόσο σε κυβική όσο και σε εξαγωνική μορφή.
Επίδραση του δεσμού στην πυκνότητα
Ο τύπος συγκόλλησης επηρεάζει την πυκνότητα του μετάλλου ψευδαργύρου. Το οξείδιο του ψευδαργύρου αποτελείται από ιοντικό δεσμό. Η πυκνότητά του είναι περίπου 5,6 g/cm³.
Εν τω μεταξύ, το σουλφίδιο του ψευδαργύρου αποκτά ομοιοπολικό δεσμό. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητά τους μειώνεται γύρω στα 4,1 g/cm³.
Παράγοντες που επηρεάζουν την πυκνότητα του μετάλλου ψευδαργύρου
Εξάρτηση της πυκνότητας του ψευδαργύρου από τη θερμοκρασία
Η αύξηση της θερμοκρασίας έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας του ψευδαργύρου. Όταν αντιμετωπίζει θερμοκρασία 500°C, πέφτει στα 6,600 kg/m³. Ο λόγος είναι οι αυξημένες ατομικές δονήσεις του.
Θα ανακαλύψετε τη σημασία του στις βιομηχανικές διεργασίες. Όπου η ελεγχόμενη θερμοκρασία παράγει σταθερή πυκνότητα.
Εξάρτηση της πυκνότητας του ψευδαργύρου από την πίεση
Η υψηλότερη πίεση συμπιέζει τα άτομα πιο κοντά, απομακρύνοντας τα κενά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πυκνότητα του ψευδαργύρου αυξάνεται ελαφρώς. Αυτή η τεχνική είναι επωφελής για την κατασκευή εξαρτημάτων υψηλής πίεσης, όπως ο εξοπλισμός βαθέων υδάτων.
Η σχέση έχει ως εξής:
ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))
Σε αυτή την παράμετρο, το ρ0 υποδηλώνει την αρχική πυκνότητα, το Κ είναι η συμπιεστότητα και η πίεση εμφανίζεται με P.
Προσμίξεις και η επίδρασή τους στην πυκνότητα του ψευδαργύρου
Η παρουσία προσμίξεων στον ψευδάργυρο είναι η αιτία για τις μεταβολές της πυκνότητας. Για παράδειγμα, ο μόλυβδος, ο σίδηρος και το κάδμιο. Οι ακαθαρσίες που είναι βαριές αυξάνουν την πυκνότητα, ενώ οι ελαφρύτερες συχνά τη μειώνουν.
Είναι σημαντικό να ελέγχονται οι ακαθαρσίες. Έτσι ώστε να μπορείτε να διατηρήσετε την πυκνότητα των εξαρτημάτων.
Έλεγχος πυκνότητας σε βιομηχανικές εφαρμογές
Ο έλεγχος της διαδικασίας περιλαμβάνει την παρακολούθηση διαφόρων πτυχών. Για παράδειγμα, τη θερμοκρασία, την πίεση και τις ακαθαρσίες. Οι παράμετροι ποιοτικού ελέγχου σας επιτρέπουν να ανταποκριθείτε στο πρότυπο πυκνότητας των εφαρμογών ψευδαργύρου.
Ο ακατάλληλος έλεγχος επιφέρει ανεπιθύμητες αλλαγές στην πυκνότητα. Αυτό μπορεί να διαφέρει έως και 2%. Αυτό επηρεάζει επίσης τις επιδόσεις κατά τη διάρκεια επικαλύψεων και χύτευσης.
Μέτρηση και υπολογισμός της πυκνότητας μετάλλων ψευδαργύρου
Τεχνικές μέτρησης πυκνότητας
Υπάρχουν πολλοί τρόποι μέτρησης της πυκνότητας ψευδαργύρου. Συγκεκριμένα, η αρχή του Αρχιμήδη, το πυκνόμετρο αερίου και η περίθλαση ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται περισσότερο. Ωστόσο, κάθε μέθοδος ταιριάζει σε συγκεκριμένα έργα και τύπους δειγμάτων.
Αρχή του Αρχιμήδη
Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, οι κατασκευαστές βυθίζουν ένα δείγμα ψευδαργύρου σε νερό. Μετρούν τον όγκο του νερού που εκτοπίζεται.
Αυτή η τεχνική λειτουργεί καλύτερα για στερεά ή μη πορώδη δείγματα. Μπορείτε να γνωρίζετε την πυκνότητα μέσω αυτού του τύπου:
Πυκνόμετρο αερίου
Στο πυκνόμετρο αερίου, οι κατασκευαστές ανιχνεύουν τη μετατόπιση αερίου για τη μέτρηση του όγκου. Χρησιμοποιούν κυρίως αυτή τη διαδικασία για πορώδη ή ακανόνιστα δείγματα. Αυτό συμβαίνει λόγω της ικανότητάς της να κάνει έρευνα και ποιοτικό έλεγχο.
Περίθλαση ακτίνων Χ
Στην περίπτωση της μέτρησης της πυκνότητας, η περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) αναλύει την κρυσταλλική δομή του ψευδαργύρου. Η διαδικασία αυτή είναι βιώσιμη για τη μελέτη των κραμάτων ψευδαργύρου και των ενώσεών τους.
Σύγκριση μεθόδων
- Οι Αρχές του Αρχιμήδη ταιριάζουν σε στερεά δείγματα.
- Η πυκνομετρία αερίου λειτουργεί καλά με πορώδη δείγματα.
- Η περίθλαση ακτίνων Χ είναι χρήσιμη για λεπτομερή ανάλυση.
Εφαρμογή της πυκνότητας μετάλλων ψευδαργύρου
Εφαρμογές πυκνότητας σε έρμα και αντίβαρα
Οι εφαρμογές όπως τα έρμα και τα αντίβαρα εκμεταλλεύονται την πυκνότητα του ψευδαργύρου. Το έρμα λειτουργεί για να προσθέσει βάρος στα πλοία, καταλαμβάνοντας επαρκή χώρο. Έτσι ώστε το πλοίο να αποκτήσει σταθερότητα. Ομοίως, τα αντίβαρα εξισορροπούν αποτελεσματικά τα φορτία σε εφαρμογές όπως ανελκυστήρες και μηχανήματα.
Ρόλος της πυκνότητας ψευδαργύρου στη χύτευση με εκμαγείο
Στο χύτευση ψευδαργύρου, η πυκνότητα του μετάλλου ψευδαργύρου έχει σημασία. Είναι σημαντικό να παρέχονται ειδικά χαρακτηριστικά σε εφαρμογές εξαρτημάτων αυτοκινήτων και υλικού.
Αυτά τα εξαρτήματα απαιτούν εκτεταμένη ακρίβεια που παράγεται μέσω ακριβούς πυκνότητας. Έτσι, τα εξαρτήματα έχουν καλύτερη αντοχή και ανθεκτικότητα.
Ομοίως, για την κατασκευή εξαρτημάτων που μπορούν να αντέξουν υψηλές καταπονήσεις, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η συνοχή της πυκνότητας.
Συμπέρασμα
Μεταξύ των μοναδικών ιδιοτήτων του μετάλλου ψευδαργύρου, η πυκνότητα είναι σημαντική για διάφορες εφαρμογές. Οι υπόλοιπες είναι η ηλεκτρονική διαμόρφωση και η κρυσταλλική δομή. Ο έλεγχος και η διερεύνηση της θερμοκρασίας, της πίεσης και των προσμίξεων εξασφαλίζουν τη συνοχή του ψευδαργύρου. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας, από τα βιομηχανικά κράματα έως το θαλάσσιο έρμα. Αυτό το κομμάτι της γνώσης δείχνει ότι η πυκνότητα του ψευδαργύρου μπορεί να επηρεαστεί από διάφορα στοιχεία. Η διατήρησή της δίνει υψηλής ποιότητας και συνεπή αποτελέσματα.