Sinkkimetallin tiheys mittaa sinkin massaa tilavuusyksikköä kohti. Sinkkimetallin tiheys on noin 7,14 g/cm³ huoneenlämmössä. Tämä tarkoittaa, että jokainen kuutiosenttimetri sinkkiä painaa 7,14 grammaa. Sinkki on suhteellisen raskas metalli verrattuna muihin, kuten alumiiniin, mutta kevyempi kuin lyijyn kaltaiset metallit. Sitä käytetään yleisesti sinkityksessä, akuissa ja seoksissa.

Tutustutaanpa sinkkimetallin tiheyteen ja sen toimintaan. Tutustutaan niiden erityisiin kriteereihin ja sovelluksiin.

Sinkin metalliominaisuuksien ymmärtäminen

Mikä on sinkki ja sen tärkeimmät ominaisuudet?

Sinkki on maankuoren 24. metalli. Se on kiiltävä, ja sen ulkonäkö on sinertävän valkoinen. Tätä metallia on yleisesti saatavilla. Korroosionkestävyys, kestävyys ja valu ovat sinkkiseoksen ainutlaatuisia ominaisuuksia. Niinpä se on elintärkeä elementti valmistuksessa

Sinkin elektroninen konfiguraatio

Sinkillä on elektroninen konfiguraatio [Ar]3d10 4s2. Se vastaa sen 30 elektronia. Sillä on kaksi ulkokuoren elektronia, mikä vähentää sinkkireaktiota. Tämän seurauksena sinkki ei ruostu eikä syövy helposti.

Metallinen sidos sinkissä

Metallisidokset pitävät sinkkiatomit yhdessä. Tämä tarkoittaa, että sinkkisidokset ovat sitkeitä ja muovattavia. Muodostuvuudella tarkoitetaan sen venyvyyttä langoiksi.

Vastaavasti muokattava tarkoittaa, että voit vasaroida ja muuttaa sen ohueksi levyksi. Siksi sinkki soveltuu monenlaisten asioiden, kuten akkujen ja pinnoitteiden, valmistukseen.

Sinkin fysikaaliset ominaisuudet

Fysikaalisista ominaisuuksista puhuttaessa sinkin kiehumispiste on 907 °C ja sulamispiste 419,5 °C. Lisäksi tämä harkko johtaa hyvin lämpöä, koska sen lämmönjohtavuus on 116 W/m-K.

Sinkkiharkon sähköinen resistiivisyys on 59,0 nΩ. Se on siis kohtalainen sähköä johtava aine. Se ei kuitenkaan ole yhtä hyvä kuin kupari tai hopea.

Sinkin kiteiset tiedot

Sinkillä on kiderakenne. Se on heksagonaalinen tiiviisti pakattu (HCP). Sen hilaparametrit ovat 266,5 pm ja c = 494,7 p. Siellä on P63/mmc-avaruusryhmä. Syy siihen, miksi sinkki on niin vahva ja vakaa, on sen rakenne.

Sinkin lähteet ja tyypit luonnossa

Geokemialliset prosessit

Sinkkiä löytyy maankuoresta ja sitä muodostuu malmiesiintymissä. Tässä geokemialliset prosessit ovat tärkeitä. Tässä tekniikassa kuumaa nestettä siirretään kivien läpi sinkkipitoisuuden erottamiseksi.

Sinkkimalmien mineralogia

Malmiesiintymien lopputulos sisältää sfaleriittia (ZnS), smithsoniittia (ZnCO3) ja hemimorfiittia (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Niissä esiintyy yleensä yleisesti sfaleriittia. Sitä esiintyy myös muissa seoksissa, kuten lyijyssä ja hopeassa.

Sinkin louhinta ja talteenotto

Metallityöntekijät käyttävät kaivostekniikoita sinkkimetallin louhimiseksi malmiesiintymistä. He murskaavat ja lämmittävät malmia paahto- tai pelkistysprosessin avulla.

Kemialliset reaktiot auttavat saamaan sinkkiä malmista. Niitä on:

• Sphaleriitti: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonite: ZnCO3 → ZnO + CO2

Sinkkimetallin tiheys selitetty

Mikä on sinkin tiheys kg/m3?

Huoneenlämmössä sinkin tiheys on jopa 7,140 kg/m³. Näin ollen sen kuutiopainon mukaan laskettuna yksi metri on noin 7,140 kg.

Tiheys on erittäin tärkeä, kun halutaan tietää atomien tiiviys. Ne on pakattu materiaaliin.

Atomien pakkaustehokkuus HCP-ristikoissa

Sinkin HCP-rakenteen atomit on järjestetty kerroksittain. Atomit asettuvat tiiviisti toisiinsa. Tämä tekee sinkistä tiiviin harkon. Esimerkiksi HCP:n atomipakkaustehokkuus on 74%. Tämä tarkoittaa, että 74% sinkin tilasta on atomeja, ja loput on tyhjää.

Tiheyden vertailu muihin metalleihin

• Alumiinin tiheys on 2 700 kg/m³.
• Raudan tiheys on 7,870 kg/m³.
• Kuparin tiheys on 8,960 kg/m³.

Alumiiniin verrattuna sinkki on paljon tiheämpi seos. Sen tiheys on kuitenkin pienempi kuin raudan ja kuparin.

Näin ollen sinkkiseokset sopivat hyvin valusovelluksiin. Siinä on löydettävä tasapaino painon ja lujuuden välillä.

Teoreettinen tiheyden laskenta

Sinkin teoreettisen tiheyden laskemiseen tarvitaan ristikon ja atomimassan parametrit. Tiheyden teoreettinen kaava voi olla:

Tässä Z-elementti edustaa atomien lukumäärää yksikkösolua kohti. M tarkoittaa atomimassaa. Samaan aikaan Vc osoittaa yksikkösolun tilavuuden, ja Na on Avogadron luku.

Sulan sinkin tiheyden vertaaminen sinkkipölyn tiheyteen

Atomien välinen etäisyys ja tyhjä tila

Kun sinkkiä sulatetaan, sen atomit liikkuvat vapaasti. Tyhjää tilaa on siis enemmän. Tämä lisää atomien välistä tilaa ja vähentää tiheyttä. Esimerkiksi sinkin sulattaminen 500 °C:ssa pienentää tiheyttä 6 600 kg/m³:iin.

Sinkkipöly Tiheys

Sinkkipöly on pieniä sinkkihiukkasia. Sinkkipölyn tiheys on yleensä pienempi kuin varsinaisen tai puhtaan sinkkimetallin tiheys. Tämä johtuu siitä, että niiden välissä on ilmarakoja.

Tämä tarkoittaa, että pinta-alat ja hiukkasten koko määräävät tiheyden. Jos metalli sisältää esimerkiksi pienempiä hiukkasia, siinä on enemmän tilaa, mikä johtaa suurempiin ilmarakoihin. Tämän seurauksena tiheys on pienempi.

Kokeelliset tiedot sulan sinkin tiheydestä

Lämpötilan nousu aiheuttaa tiheyden pienenemisen. Näin kokeelliset tiedot toimivat sinkin osalta.

Esimerkiksi 500 °C:n lämpötilassa tiheys nousee 6 600 kg/m³:iin. Kun taas lämpötilaa nostetaan yli 800 °C:n, tiheys pienenee (6 200 kg/m³).

Sinkkiseoksen tiheyden ja yhdisteiden tutkiminen

Sinkkiseokset ja niiden tiheys

Sinkkimetalli voidaan yhdistää muiden metallien sisältöön ja luoda niiden ainutlaatuisia seosmuotoja. Yleisiä sinkkiseoksia ovat zamak ja messinki.

Zamak-seokset on suunniteltu käytettäväksi monissa valukappaleissa, kuten autonosissa ja leluissa. Messingin sinkki- ja kupariyhdistelmät puolestaan tekevät siitä sopivan soittimiin ja putkistoihin.

Seoksen koostumus ja tiheys

Sinkkimetallin tiheys määräytyy myös sen seosaineiden perusteella. Esimerkiksi,

• Zamak 3:n tiheys on 6,6 g/cm³. Se sisältää 96% sinkkiä, 4% alumiinia ja muita pieniä määriä magnesiumia ja kuparia.
• Messinkiseokset koostuvat 70% Cu:sta ja 30% Zn:stä. Sen tiheys on siis 8,5 g/cm³.

Alumiinihiukkasten lisääminen sinkkiseokseen tekee siitä kevyemmän vaihtoehdon. Vastaavasti kupari tekee messingistä tiheämpää.

Seosaineiden vaikutus kideristikkoon

Sinkin koostumus muiden seosten kanssa voi muuttaa sen atomien asemaa (korvaava) tai vaihda ne. Se mahtuu myös niiden väliin (interstitiaalinen).

Substituutiopitoisuus (kupari) muuttaa ristikon kokoa. Siksi sen tiheys muuttuu. Ristikosta tulee tiiviimpi, kun siihen lisätään interstitiaalisia elementtejä, kuten hiiltä. Se lisää sen tiheyttä.

Sinkkiyhdisteet ja niiden tiheys

Kiderakenteet ja sidokset

Sinkin muodostamia yhdisteitä ovat sinkkioksidi (ZnO) ja sinkkisulfidi (ZnS). Niiden kiderakenne on erilainen. Tämä johtuu siitä, että sinkkioksidilla on kuusikulmainen rakenne. Sinkkisulfidi puolestaan esiintyy sekä kuutiomaisena että kuusikulmaisena.

Sidoksen vaikutus tiheyteen

Sidostyyppi vaikuttaa sinkkimetallin tiheyteen. Sinkkioksidi koostuu ionisidoksesta. Sen tiheys on noin 5,6 g/cm³.

Samaan aikaan sinkin sulfidi saa kovalenttisen sidoksen. Sen seurauksena niiden tiheys pienenee noin 4,1 g/cm³.

Sinkkimetallin tiheyteen vaikuttavat tekijät

Sinkin tiheyden lämpötilariippuvuus

Lämpötilan nousu johtaa sinkin tiheyden pienenemiseen. Kun se kohtaa 500 °C:n lämpötilan, se laskee 6 600 kg/m³. Syynä on sen lisääntynyt atomivärähtely.

Saat selville sen merkityksen teollisissa prosesseissa. Siinä valvottu lämpötila tuottaa tasaisen tiheyden.

Sinkin tiheyden riippuvuus paineesta

Korkeampi paine puristaa atomit lähemmäksi toisiaan ja poistaa aukot. Siksi sinkin tiheys kasvaa hieman. Tästä tekniikasta on hyötyä korkeapaineisten osien, kuten syvänmeren laitteiden, valmistuksessa.

Suhde on seuraava:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0)).

Tässä parametrissa ρ0 tarkoittaa alkutiheyttä, Κ on kokoonpuristuvuus ja paine on P.

Epäpuhtaudet ja niiden vaikutus sinkin tiheyteen

Sinkin sisältämät epäpuhtaudet ovat syynä tiheyden muutoksiin. Esimerkiksi lyijy, rauta ja kadmium. Raskaat epäpuhtaudet lisäävät tiheyttä, kun taas kevyemmät usein vähentävät sitä.

On tärkeää valvoa epäpuhtauksia. Jotta voit säilyttää osien tiheyden.

Tiheyden säätö teollisissa sovelluksissa

Prosessinvalvontaan kuuluu eri näkökohtien seuranta. Esimerkiksi lämpötila, paine ja epäpuhtaudet. Laadunvalvontaparametrien avulla voit täyttää sinkkisovellusten tiheysstandardin.

Vääränlainen ohjaus aiheuttaa epätoivottuja muutoksia tiheydessä. Se voi vaihdella jopa 2%:hen. Tämä vaikuttaa myös suorituskykyyn pinnoitusten ja valujen aikana.

Sinkkimetallin tiheyden mittaaminen ja laskeminen

Tiheyden mittaustekniikat

Sinkin tiheyttä voidaan mitata monella tavalla. Erityisesti Arkhimedeen periaate, kaasupyknometri ja röntgendiffraktio ovat käytetyimpiä. Kukin menetelmä sopii kuitenkin tiettyihin hankkeisiin ja näytetyyppeihin.

Arkhimedeen periaate

Tässä tekniikassa valmistajat upottavat sinkkinäytteen veteen. He mittaavat veden syrjäytymisen määrän.

Tämä tekniikka toimii parhaiten kiinteille tai huokosettomille näytteille. Voit tietää tiheyden tämän kaavan avulla:

Kaasupyknometri

Kaasupyknometrissä valmistajat havaitsevat kaasun siirtymän tilavuuden mittaamiseksi. Tätä menetelmää käytetään useimmiten huokoisissa tai epäsäännöllisissä näytteissä. Tämä johtuu sen kyvystä tehdä tutkimusta ja laadunvalvontaa.

Röntgendiffraktio

Tiheyttä mitattaessa röntgendiffraktiolla (XRD) analysoidaan sinkin kiderakenne. Tämä menetelmä soveltuu sinkkiseosten ja niiden yhdisteiden tutkimiseen.

Menetelmien vertailu

• Arkhimedeen periaatteet sopivat kiinteisiin näytteisiin.
• Kaasupyknometria sopii hyvin huokoisiin näytteisiin.
• Röntgendiffraktio on hyödyllinen yksityiskohtaiseen analyysiin.

Sinkkimetallin tiheyden soveltaminen

Tiheys Sovellukset painolastissa ja vastapainoissa

Sovelluksissa, kuten painolastissa ja vastapainoissa, hyödynnetään sinkin tiheyttä. Painolastin avulla lisätään painoa laivoihin, mikä vie riittävästi tilaa. Näin alus saa vakautta. Vastaavasti vastapainot tasapainottavat kuormia tehokkaasti esimerkiksi hisseissä ja koneissa.

Sinkin tiheyden merkitys painevalussa

Osoitteessa sinkkivalu, sinkkimetallin tiheydellä on merkitystä. On tärkeää tarjota erityisominaisuuksia autojen osien ja laitteistojen sovelluksissa.

Nämä osat vaativat suurta tarkkuutta, joka tuotetaan tarkan tiheyden avulla. Osilla on siis parempi lujuus ja kestävyys.

Vastaavasti on välttämätöntä säilyttää tiheyden yhdenmukaisuus, jotta voidaan valmistaa osia, jotka kestävät suuria rasituksia.

Päätelmä

Sinkkimetallin ainutlaatuisista ominaisuuksista tiheys on tärkeä eri sovelluksissa. Muut ovat elektroninen konfiguraatio ja kiderakenne. Lämpötilan, paineen ja epäpuhtauksien hallinta ja tutkiminen varmistavat sinkin pysyvyyden. Se on elintärkeää aina teollisista seoksista laivojen painolastiin. Tämä tieto osoittaa, että sinkin tiheyteen voivat vaikuttaa useat elementit. Sen ylläpitäminen antaa laadukkaita ja johdonmukaisia tuloksia.