La densidad del zinc metal mide la masa de zinc por unidad de volumen. El zinc metal tiene una densidad de aproximadamente 7,14 g/cm³ a temperatura ambiente. Esto significa que por cada centímetro cúbico de zinc, éste pesa 7,14 gramos. El zinc es un metal relativamente pesado en comparación con otros como el aluminio, pero más ligero que metales como el plomo. Se utiliza comúnmente en galvanización, baterías y aleaciones.

Exploremos la densidad del zinc metal y su funcionamiento. Conozca sus criterios y aplicaciones particulares.

Propiedades del zinc metálico

¿Qué es el zinc y cuáles son sus principales propiedades?

El zinc es el 24º metal de la corteza terrestre. Tiene aproximaciones brillantes con un aspecto blanco azulado. Este metal se encuentra comúnmente disponible. La resistencia a la corrosión, la durabilidad y la fundición son las características únicas que contiene la aleación de zinc. Por ello, es un elemento vital en la fabricación

Configuración electrónica del zinc

El zinc tiene una configuración electrónica [Ar]3d10 4s2. Corresponde a sus 30 electrones. Tiene dos electrones en la capa exterior, lo que reduce la reacción del zinc. Como resultado, el zinc no se oxida ni se corroe fácilmente.

Enlace metálico en zinc

Los enlaces metálicos mantienen unidos los átomos de zinc. Esto significa que los enlaces de zinc son dúctiles y maleables. La ductilidad se refiere a su capacidad de estiramiento en alambres.

Del mismo modo, maleable significa que se puede martillar y convertir en una lámina fina. Por eso el zinc es adecuado para fabricar diversas cosas, como pilas y revestimientos.

Propiedades físicas del zinc

Hablando de propiedades físicas, el zinc tiene un punto de ebullición de 907 °C y un punto de fusión de 419,5 °C. Además, este lingote conduce bien el calor gracias a su conductividad térmica de 116 W/m-K.

Hay 59,0 nΩ de resistividad eléctrica en el lingote de Zinc. Esto lo convierte en un conductor eléctrico moderado. Sin embargo, no es tan bueno como el cobre o la plata.

Datos cristalográficos del zinc

El zinc tiene una estructura cristalina. Es hexagonal de empaquetamiento cerrado (HCP). Sus parámetros de red oscilan entre 266,5 pm y c = 494,7 p. Tiene un grupo espacial P63/mmc. La razón por la que el zinc es tan fuerte y estable es su estructura.

Fuentes y tipos de zinc en la naturaleza

Procesos geoquímicos

El zinc se encuentra en la corteza terrestre y se forma en yacimientos. Para ello son importantes los procesos geoquímicos. En esta técnica, se mueve fluido caliente a través de las rocas para separar el contenido de zinc.

Mineralogía de los minerales de zinc

Los yacimientos contienen esfalerita (ZnS), smithsonita (ZnCO3) y hemimorfita (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Entre ellos, la esfalerita suele encontrarse comúnmente. También está presente en otras aleaciones como el plomo y la plata.

Extracción de zinc

Los metalúrgicos utilizan técnicas mineras para extraer zinc metal de los yacimientos. Trituran y calientan los minerales mediante el proceso de tostación o reducción.

Las reacciones químicas ayudan a obtener zinc de los minerales. Las hay:

• Esfalerita: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonita: ZnCO3 → ZnO + CO2

Explicación de la densidad del zinc metal

¿Cuál es la densidad del zinc en kg/m3?

A temperatura ambiente, la densidad del zinc es de hasta 7.140 kg/m³. Por tanto, en términos de su peso cúbico, su metro oscila en torno a los 7.140 kg.

La densidad es muy importante para conocer la estanqueidad de los átomos. Están empaquetados en un material.

Eficiencia de empaquetamiento atómico en la red HCP

Los átomos de la estructura HCP del zinc están dispuestos en capas. Los átomos están muy juntos. Esto hace que el zinc sea un lingote denso. Por ejemplo, el HCP tiene una eficiencia de empaquetamiento atómico de 74%. Esto significa que 74% del espacio de zinc tiene átomos, y el resto está vacío.

Densidad Comparación con otros metales

• El aluminio tiene una densidad de 2.700 kg/m³.
• El hierro tiene una densidad de 7.870 kg/m³.
• El cobre tiene una densidad de 8.960 kg/m³.

En comparación con el aluminio, el zinc es una aleación mucho más densa. Sin embargo, contiene menos densidad que el hierro y el cobre.

Por eso, las aleaciones de zinc van bien en aplicaciones de fundición. Eso requiere un equilibrio entre peso y resistencia.

Cálculo teórico de la densidad

Para calcular la densidad teórica del zinc se necesitan los parámetros de red y masa atómica. La fórmula teórica de la densidad puede ser:

Aquí, el elemento Z representa el número de átomos por celda unitaria. M corresponde a la masa atómica. Mientras tanto, el Vc muestra el volumen de la celda unitaria, y Na es un número de Avogadro.

Comparación de la densidad del zinc fundido con la del polvo de zinc

Espaciado interatómico y espacio vacío

Cuando se funde el zinc, sus átomos se mueven libremente. Por tanto, hay más espacio vacío. Esto aumenta el espacio interatómico y reduce la densidad. Por ejemplo, fundir zinc a 500 °C reduce la densidad hasta 6.600 kg/m³.

Densidad del polvo de cinc

El polvo de cinc representa partículas diminutas de cinc. La densidad del polvo de zinc suele ser menor que la del zinc metálico real o puro. Esto se debe a que hay espacios de aire entre ellas.

Eso significa que las áreas de superficie y el tamaño de las partículas dictan la densidad. Por ejemplo, si el metal contiene partículas más pequeñas, tiene más espacio, lo que da lugar a más espacios de aire. En consecuencia, la densidad es menor.

Datos experimentales sobre la densidad del zinc fundido

El aumento de la temperatura provoca una disminución de la densidad. Así funcionan los datos experimentales sobre el zinc.

Por ejemplo, la densidad a 500°C aumenta hasta 6.600 kg/m³. Mientras, al aumentar la temperatura por encima de 800°C, disminuye la densidad (6.200 kg/m³).

Exploración de la densidad y los compuestos de las aleaciones de zinc

Las aleaciones de zinc y su densidad

El zinc metal puede combinarse con el contenido de otros metales para crear sus formas de aleación únicas. Las aleaciones de zinc más comunes son el zamak y el latón.

Las aleaciones de zamak están diseñadas para utilizarse en muchas piezas de fundición, como componentes de automóviles y juguetes. Mientras, las combinaciones de zinc y cobre del latón lo hacen adecuado para instrumentos musicales y fontanería.

Composición y densidad de la aleación

La densidad del zinc metal también viene determinada por la base de sus elementos de aleación. Por ejemplo,

• El Zamak 3 contiene 6,6 g/cm³ de densidad. Incluye 96% de zinc, 4% de aluminio y otras trazas de magnesio y cobre.
• Las aleaciones de latón se componen de 70% Cu y 30% Zn. Por lo que forma una densidad de 8,5 g/cm³.

La adición de partículas de aluminio en la aleación de zinc la convierte en una opción más ligera. Del mismo modo, el cobre contribuye a que el latón sea más denso.

Efecto de los elementos de aleación en la red cristalina

La composición del zinc con otras aleaciones puede cambiar las posiciones de sus átomos (sustitutivo) o sustituirlos. También puede encajar entre ellos (intersticial).

El contenido sustitutivo (cobre) modifica el tamaño de la red. Por eso su densidad se ve afectada. La red se estrecha con la adición de elementos intersticiales como el carbono. Esto aumenta su densidad.

Compuestos de zinc y su densidad

Estructuras cristalinas y enlace

Los compuestos formados por zinc son el óxido de zinc (ZnO) y el sulfuro de zinc (ZnS). Su estructura cristalina es diferente. El óxido de zinc presenta una estructura hexagonal. Mientras, el sulfuro de zinc se presenta tanto en forma cúbica como hexagonal.

Influencia del enlace en la densidad

El tipo de enlace afecta a la densidad del zinc metal. El óxido de zinc se compone de enlaces iónicos. Da una densidad de unos 5,6 g/cm³.

Mientras tanto, el sulfuro de zinc adquiere enlace covalente. Como resultado, se vuelven menos densos, en torno a 4,1 g/cm³.

Factores que afectan a la densidad del zinc metal

Dependencia de la temperatura de la densidad del zinc

Al aumentar la temperatura, la densidad del zinc disminuye. Cuando se enfrenta a una temperatura de 500°C, baja de 6.600 kg/m³. La razón es el aumento de sus vibraciones atómicas.

Descubrirá su importancia en los procesos industriales. En los que la temperatura controlada produce una densidad constante.

Dependencia de la presión de la densidad del zinc

La mayor presión comprime los átomos más cerca, eliminando los huecos. Por eso aumenta ligeramente la densidad del zinc. Esta técnica es beneficiosa para fabricar piezas de alta presión, como equipos para aguas profundas.

La relación es la siguiente:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

En este parámetro, ρ0 indica la densidad inicial, Κ es la compresibilidad, y la presión se muestra por P.

Impurezas y su efecto en la densidad del zinc

La presencia de impurezas en el zinc es la causa de las alteraciones de densidad. Por ejemplo, el plomo, el hierro y el cadmio. Las impurezas que son pesadas aumentan la densidad, mientras que las más ligeras suelen reducirla.

Es importante controlar las impurezas. Así podrá mantener la densidad de las piezas.

Control de la densidad en aplicaciones industriales

El control de procesos implica la supervisión de diversos aspectos. Por ejemplo, la temperatura, la presión y las impurezas. Los parámetros de control de calidad permiten cumplir la norma de densidad de las aplicaciones de zinc.

Un control inadecuado conlleva cambios no deseados en la densidad. Que puede variar hasta 2%. Esto también repercute en el rendimiento durante el revestimiento y la fundición.

Medición y cálculo de la densidad del cinc metálico

Técnicas de medición de la densidad

Existen muchas formas de medir la densidad del zinc. En particular, el principio de Arquímedes, el picnómetro de gas y la difracción de rayos X son los más utilizados. Sin embargo, cada método se adapta a proyectos y tipos de muestra específicos.

Principio de Arquímedes

Mediante esta técnica, los fabricantes sumergen una muestra de zinc en agua. Miden el volumen de desplazamiento de agua.

Esta técnica funciona mejor con muestras sólidas o no porosas. Puedes conocer la densidad mediante esta fórmula:

Picnómetro de gas

En el picnómetro de gas, los fabricantes detectan el desplazamiento del gas para medir el volumen. Suelen utilizar este proceso para muestras porosas o irregulares. Esto se debe a su capacidad para realizar investigaciones y controles de calidad.

Difracción de rayos X

En el caso de la medición de la densidad, la difracción de rayos X (DRX) analiza la estructura cristalina del zinc. Este proceso es viable para estudiar las aleaciones de zinc y sus compuestos.

Comparación de métodos

• Los Principios de Arquímedes se adaptan a las muestras sólidas.
• La picnometría de gases va bien con muestras porosas.
• La difracción de rayos X es útil para un análisis detallado.

Aplicación de la densidad del zinc metal

Aplicaciones de la densidad en lastres y contrapesos

Aplicaciones como el lastre y los contrapesos aprovechan la densidad del zinc. El lastre sirve para añadir peso a los barcos, ocupando espacio suficiente. Así el barco consigue estabilidad. Del mismo modo, los contrapesos equilibran eficazmente las cargas en aplicaciones como ascensores y maquinaria.

Papel de la densidad del zinc en la fundición a presión

En fundición inyectada de cincLa densidad del zinc metal es importante. Es importante para proporcionar atributos especiales en aplicaciones de piezas de automoción y hardware.

Estas piezas requieren una gran precisión producida mediante una densidad exacta. Así, las piezas tienen mayor resistencia y durabilidad.

Del mismo modo, para fabricar piezas que puedan soportar grandes esfuerzos, es necesario mantener la consistencia de la densidad.

Conclusión

Entre las propiedades únicas del zinc metal, la densidad es importante para diversas aplicaciones. El resto son la configuración electrónica y la estructura cristalina. El control y la exploración de la temperatura, la presión y las impurezas garantizan la consistencia del zinc. Esto es vital, desde las aleaciones industriales hasta el lastre marino. Estos conocimientos demuestran que la densidad del zinc puede verse afectada por varios elementos. Manteniéndola se obtienen resultados de gran calidad y consistencia.