La densité du zinc métal mesure la masse de zinc par unité de volume. Le zinc métal a une densité d'environ 7,14 g/cm³ à température ambiante. Cela signifie que chaque centimètre cube de zinc pèse 7,14 grammes. Le zinc est un métal relativement lourd par rapport à d'autres métaux comme l'aluminium, mais plus léger que des métaux comme le plomb. Il est couramment utilisé dans la galvanisation, les batteries et les alliages.

Explorons la densité du zinc métal et son fonctionnement. Découvrez leurs critères particuliers et leurs applications.

Comprendre les propriétés du métal zinc

Qu'est-ce que le zinc et quelles sont ses principales propriétés ?

Le zinc est le 24e métal de la croûte terrestre. Il a des approches brillantes d'un blanc bleuté. Ce métal est couramment disponible. La résistance à la corrosion, la durabilité et le moulage sont les caractéristiques uniques de l'alliage de zinc. Il s'agit donc d'un élément essentiel dans la fabrication

Configuration électronique du zinc

La configuration électronique du zinc est [Ar]3d10 4s2. Cela correspond à ses 30 électrons. Il possède deux électrons d'enveloppe extérieure, ce qui réduit la réaction du zinc. Par conséquent, le zinc ne rouille pas et ne se corrode pas facilement.

Liaison métallique dans le zinc

Des liaisons métalliques maintiennent les atomes de zinc ensemble. Cela signifie que les liaisons du zinc sont ductiles et malléables. La ductilité fait référence à l'étirement en fils.

De même, malléable signifie que l'on peut le marteler et le transformer en une fine feuille. C'est pourquoi le zinc convient à la fabrication de divers produits, notamment des piles et des revêtements.

Propriétés physiques du zinc

En ce qui concerne les propriétés physiques, le zinc a un point d'ébullition de 907°C et un point de fusion de 419,5°C. De plus, ce lingot conduit bien la chaleur grâce à sa conductivité thermique de 116 W/m-K

La résistivité électrique du lingot de zinc est de 59,0 nΩ. Il s'agit donc d'un conducteur électrique moyen. Il n'est cependant pas aussi bon que le cuivre ou l'argent.

Données cristallographiques du zinc

Le zinc a une structure cristalline. Il s'agit d'une structure hexagonale à empilement serré (HCP). Ses paramètres de réseau varient entre 266,5 pm et c = 494,7 p. Le groupe spatial est P63/mmc. La raison pour laquelle le zinc est si résistant et si stable est sa structure.

Sources et types de zinc dans la nature

Processus géochimiques

Le zinc se trouve dans la croûte terrestre et se transforme en gisements de minerais. Pour ce faire, les processus géochimiques sont importants. Dans cette technique, un fluide chaud est déplacé à travers les roches pour séparer la teneur en zinc.

Minéralogie des minerais de zinc

Les gisements de minerai contiennent de la sphalérite (ZnS), de la smithsonite (ZnCO3) et de l'hémimorphite (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Parmi eux, la sphalérite est généralement la plus répandue. Elle est également présente dans d'autres alliages comme le plomb et l'argent.

Exploitation minière et extraction du zinc

Les métallurgistes utilisent des techniques minières pour extraire le zinc des gisements de minerai. Ils broient et chauffent les minerais par le biais du processus de grillage ou de réduction.

Les réactions chimiques permettent d'extraire le zinc des minerais. Il y a :

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

Densité du zinc métal expliquée

Quelle est la densité du zinc en kg/m3 ?

À température ambiante, la densité du zinc atteint 7 140 kg/m³. Ainsi, en termes de poids cubique, le mètre de zinc pèse environ 7 140 kg.

La densité est très importante pour connaître l'étanchéité des atomes. Ils sont emballés dans un matériau.

Efficacité de l'empaquetage atomique dans le réseau HCP

Les atomes de la structure HCP du zinc sont disposés en couches. Les atomes sont étroitement imbriqués les uns dans les autres. Cela fait du zinc un lingot dense. Par exemple, la structure HCP a une efficacité d'empilement atomique de 74%. Cela signifie que 74% de l'espace du zinc contient des atomes, le reste étant vide.

Comparaison de la densité avec d'autres métaux

• L'aluminium a une densité de 2 700 kg/m³.
• Le fer a une densité de 7 870 kg/m³.
• Le cuivre a une densité de 8,960 kg/m³.

Par rapport à l'aluminium, le zinc est un alliage beaucoup plus dense. Il est cependant moins dense que le fer et le cuivre.

Les alliages de zinc conviennent donc parfaitement aux applications de moulage. Celles-ci nécessitent un équilibre entre le poids et la résistance.

Calcul de la densité théorique

Vous avez besoin des paramètres du réseau et de la masse atomique pour calculer la densité théorique du zinc. La formule théorique de la densité peut être :

Ici, l'élément Z représente le nombre d'atomes par unité de cellule. M représente la masse atomique. Vc représente le volume de la cellule unitaire, et Na est un nombre d'Avogadro.

Comparaison entre la densité du zinc fondu et la densité de la poussière de zinc

Espace interatomique et espace vide

Lorsque l'on fait fondre du zinc, ses atomes se déplacent librement. Il y a donc plus d'espace vide. Cela augmente l'espace interatomique et réduit la densité. Par exemple, la fusion du zinc à 500°C réduit la densité jusqu'à 6 600 kg/m³.

Poussière de zinc Densité

La poussière de zinc représente de minuscules particules de zinc. La densité de la poussière de zinc est généralement inférieure à celle du zinc métal réel ou pur. Cela est dû au fait qu'il y a des espaces d'air entre les deux.

Cela signifie que la surface et la taille des particules déterminent la densité. Par exemple, si le métal contient des particules plus petites, il a plus d'espace, ce qui entraîne plus de trous d'air. La densité est donc plus faible.

Données expérimentales sur la densité du zinc fondu

L'augmentation de la température entraîne une diminution de la densité. C'est ainsi que fonctionnent les données expérimentales sur le zinc.

Par exemple, la densité à 500°C augmente jusqu'à 6 600 kg/m³. En revanche, lorsque vous augmentez la température au-delà de 800°C, la densité diminue (6 200 kg/m³).

Exploration de la densité et des composés des alliages de zinc

Les alliages de zinc et leur densité

Le zinc peut être combiné à d'autres métaux pour créer des alliages uniques. Les alliages de zinc les plus courants sont le zamak et le laiton.

Les alliages de zamak sont conçus pour être utilisés dans de nombreuses pièces de fonderie, comme les composants automobiles et les jouets. Quant au laiton, les combinaisons de zinc et de cuivre le destinent aux instruments de musique et à la plomberie.

Composition et densité de l'alliage

La densité du zinc métal est également déterminée par la base de ses éléments d'alliage. Par exemple,

• Le zamak 3 a une densité de 6,6 g/cm³. Il contient 96% de zinc, 4% d'aluminium et d'autres traces de magnésium et de cuivre.
• Les alliages de laiton sont composés de 70% Cu et 30% Zn. Ils ont donc une densité de 8,5 g/cm³.

L'ajout de particules d'aluminium dans l'alliage de zinc en fait une option plus légère. De même, le cuivre contribue à rendre le laiton plus dense.

Effet des éléments d'alliage sur le réseau cristallin

La composition du zinc avec d'autres alliages peut modifier la position de ses atomes (substitutif) ou les remplacer. Il peut également s'insérer entre les deux (interstitiel).

Le contenu substitutif (cuivre) modifie la taille du réseau. C'est pourquoi sa densité est affectée. Le réseau devient plus serré avec l'ajout d'éléments interstitiels comme le carbone. Cela augmente sa densité.

Composés du zinc et leur densité

Structures cristallines et liaisons

Les composés formés par le zinc sont l'oxyde de zinc (ZnO) et le sulfure de zinc (ZnS). Leur structure cristalline est différente. En effet, l'oxyde de zinc présente une structure hexagonale. Le sulfure de zinc, quant à lui, présente une structure à la fois cubique et hexagonale.

Influence de la liaison sur la densité

Le type de liaison influe sur la densité du zinc métal. L'oxyde de zinc est constitué de liaisons ioniques. Il donne une densité d'environ 5,6 g/cm³.

Le sulfure de zinc, quant à lui, obtient une liaison covalente. Ils deviennent ainsi moins denses, de l'ordre de 4,1 g/cm³.

Facteurs affectant la densité du zinc métal

Dépendance de la densité du zinc en fonction de la température

Une augmentation de la température entraîne une diminution de la densité du zinc. Lorsqu'il est confronté à une température de 500°C, il perd 6 600 kg/m³. La raison en est l'augmentation des vibrations atomiques.

Vous découvrirez son importance dans les processus industriels. La température contrôlée permet d'obtenir une densité constante.

Dépendance de la densité du zinc par rapport à la pression

La pression plus élevée comprime les atomes plus étroitement, supprimant ainsi les lacunes. C'est pourquoi la densité du zinc augmente légèrement. Cette technique est utile pour la fabrication de pièces à haute pression, comme les équipements de haute mer.

La relation est la suivante :

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

Dans ce paramètre, ρ0 indique la densité initiale, Κ est la compressibilité et la pression est représentée par P.

Impuretés et leurs effets sur la densité du zinc

La présence d'impuretés dans le zinc est à l'origine de l'altération de la densité. Par exemple, le plomb, le fer et le cadmium. Les impuretés lourdes augmentent la densité, tandis que les plus légères la réduisent souvent.

Il est important de contrôler les impuretés. Ainsi, vous pouvez maintenir la densité des pièces.

Contrôle de la densité dans les applications industrielles

Le contrôle des processus implique la surveillance de différents aspects. Par exemple, la température, la pression et les impuretés. Les paramètres de contrôle de la qualité vous permettent de répondre aux normes de densité des applications du zinc.

Un contrôle inadéquat entraîne des modifications indésirables de la densité. Cela peut varier jusqu'à 2%. Cela a également un impact sur les performances des revêtements et des moulages.

Mesure et calcul de la densité du zinc métal

Techniques de mesure de la densité

Il existe de nombreuses façons de mesurer la densité du zinc. En particulier, le principe d'Archimède, le pycnomètre à gaz et la diffraction des rayons X sont les plus utilisés. Toutefois, chaque méthode convient à des projets et à des types d'échantillons spécifiques.

Le principe d'Archimède

Avec cette technique, les fabricants immergent un échantillon de zinc dans l'eau. Ils mesurent le volume d'eau déplacé.

Cette technique fonctionne mieux pour les échantillons solides ou non poreux. La formule suivante permet de connaître la densité :

Pycnomètre à gaz

Dans le pycnomètre à gaz, les fabricants détectent le déplacement du gaz pour mesurer le volume. Ils utilisent principalement ce procédé pour les échantillons poreux ou irréguliers. Cela s'explique par sa capacité à effectuer des recherches et des contrôles de qualité.

Diffraction des rayons X

Dans le cas de la mesure de la densité, la diffraction des rayons X (DRX) analyse la structure cristalline du zinc. Ce procédé permet d'étudier les alliages de zinc et leurs composés.

Comparaison des méthodes

• Les principes d'Archimède conviennent aux échantillons solides.
• La pycnométrie gazeuse fonctionne bien avec les échantillons poreux.
• La diffraction des rayons X est utile pour une analyse détaillée.

Application de la densité du zinc métal

Applications de la densité dans les ballasts et les contrepoids

Les applications telles que le ballast et les contrepoids tirent parti de la densité du zinc. Le ballast sert à ajouter du poids aux navires, en prenant suffisamment de place. Le navire gagne ainsi en stabilité. De même, les contrepoids équilibrent efficacement les charges dans des applications telles que les ascenseurs et les machines.

Rôle de la densité du zinc dans la coulée sous pression

En zinc moulé sous pressionLa densité du métal de zinc est importante. Il est important de fournir des attributs spéciaux dans les applications de pièces automobiles et de quincaillerie.

Ces pièces requièrent une grande précision produite par une densité précise. Les pièces sont donc plus résistantes et plus durables.

De même, pour fabriquer des pièces capables de supporter des contraintes élevées, il est nécessaire de maintenir la cohérence de la densité.

Conclusion

Parmi les propriétés uniques du métal zinc, la densité est importante pour diverses applications. Les autres sont la configuration électronique et la structure cristalline. Le contrôle et l'exploration de la température, de la pression et des impuretés garantissent la constance du zinc. C'est essentiel, des alliages industriels au ballast marin. Cet élément de connaissance montre que la densité du zinc peut être affectée par plusieurs éléments. Son maintien permet d'obtenir des résultats de qualité et constants.