A cinkfém sűrűsége a cink térfogategységre eső tömegét méri. A cinkfém sűrűsége körülbelül 7,14 g/cm³ szobahőmérsékleten. Ez azt jelenti, hogy a cink minden köbcentimétere 7,14 grammot nyom. A cink viszonylag nehéz fém más fémekhez, például az alumíniumhoz képest, de könnyebb, mint az olyan fémek, mint az ólom. Általában horganyzáshoz, akkumulátorokhoz és ötvözetekhez használják.

Fedezzük fel a cinkfém sűrűségét és működését. Ismerje meg a sajátos kritériumokat és alkalmazásokat.

A cink fém tulajdonságainak megértése

Mi a cink és legfontosabb tulajdonságai?

A cink a 24. fém a földkéregben. Fényes megközelítései kékes-fehéres színűek. Ez a fém általánosan elérhető. A korrózióállóság, a tartósság és az öntés a cinkötvözet egyedülálló tulajdonságai. Tehát létfontosságú elem a gyártás során.

A cink elektronikus konfigurációja

A cinkben [Ar]3d10 4s2 elektronkonfiguráció van. Ez megfelel a 30 elektronjának. Két külső héjelektronja van, ami csökkenti a cinkreakciót. Ennek eredményeként a cink nem rozsdásodik vagy korrodálódik könnyen.

Fémkötés cinkben

A cinkatomokat fémes kötések tartják össze. Ez azt jelenti, hogy a cinkkötések képlékenyek és alakíthatóak. A képlékenység a drótokká nyújthatóságra utal.

Hasonlóképpen, a formálható azt jelenti, hogy kalapáccsal vékony lemezzé alakítható. Ezért alkalmas a cink különböző dolgok, például akkumulátorok és bevonatok gyártására.

A cink fizikai tulajdonságai

A fizikai tulajdonságokról szólva a cink forráspontja 907 °C, olvadáspontja pedig 419,5 °C. Ez az ingot a 116 W/m-K hővezető képességének köszönhetően jól vezeti a hőt.

A cink ingotban 59,0 nΩ elektromos ellenállás van. Ez mérsékelt elektromos vezetővé teszi. Nem olyan jó azonban, mint a réz vagy az ezüst.

A cink kristályográfiai adatai

A cinknek kristályszerkezete van. Ez a hexagonális szoros kötésű (HCP). A rácsparaméterei 266,5 pm és c = 494,7 p. Van egy P63/mmc tércsoport. Az ok, amiért a cink olyan erős és stabil, az a szerkezete.

A cink forrásai és típusai a természetben

Geokémiai folyamatok

A cink a földkéregben található, és érclelőhelyeken képződik. Ehhez fontosak a geokémiai folyamatok. Ennél a technikánál forró folyadékot mozgatnak a kőzeteken keresztül, hogy leválasszák a cink tartalmát.

A cinkércek ásványtana

Az érclelőhelyek kimenetele szfaleritet (ZnS), szmithsonitot (ZnCO3) és hemimorfitot (Zn4Si2O7(OH)2-H2O) tartalmaz.

Közülük a szfalerit általában gyakran megtalálható. Más ötvözetekben, például ólomban és ezüstben is jelen van.

Cink bányászata és kitermelése

A fémművesek bányászati technikákat alkalmaznak a cinkfém érclelőhelyekről történő kinyerésére. Az érceket pörköléssel vagy redukciós eljárással zúzzák és melegítik.

A cink ércekből való kinyerését kémiai reakciók segítik. Vannak:

• Szfalerit: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonit: ZnCO3 → ZnO + CO2

A cink fém sűrűségének magyarázata

Mi a cink sűrűsége kg/m3-ben?

Szobahőmérsékleten a cink sűrűsége 7,140 kg/m³. Tehát köbtömegét tekintve egy métere 7,140 kg körül mozog.

A sűrűség nagyon fontos az atomok tömörségének megismerésében. Ezek egy anyagba vannak csomagolva.

Atompakolás hatékonysága HCP rácsban

A cink HCP-szerkezetének atomjai rétegekbe rendeződnek. Az atomok szorosan illeszkednek egymáshoz. Ez teszi a cinket sűrű rúddá. A HCP például 74% atomtömörítési hatékonysággal rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy 74% cink térben vannak atomok, a többi üres.

Sűrűség összehasonlítás más fémekkel

• Az alumínium sűrűsége 2700 kg/m³.
• A vas sűrűsége 7,870 kg/m³.
• A réz sűrűsége 8,960 kg/m³.

Az alumíniumhoz képest a cink sokkal sűrűbb ötvözet. A vasnál és a réznél azonban kisebb a sűrűsége.

Ennek eredményeképpen a cinkötvözetek jól illeszkednek az öntési alkalmazásokhoz. Ehhez egyensúlyra van szükség a súly és a szilárdság között.

Elméleti sűrűségszámítás

A cink elméleti sűrűségének kiszámításához a rácsszerkezet és az atomtömeg paramétereire van szükség. A sűrűség elméleti képlete a következő lehet:

Itt a Z elem az egységcellánkénti atomszámot jelöli. Az M az atomtömeget jelöli. Eközben a Vc az egységcellás térfogatot mutatja, a Na pedig az Avogadro-számot.

Az olvasztott cink sűrűségének összehasonlítása a cinkpor sűrűségével

Atomok közötti távolság és üres tér

Amikor cinket olvasztunk, az atomjai szabadon mozognak. Így több üres tér keletkezik. Ez növeli az atomok közötti teret és csökkenti a sűrűséget. Például a cink 500 °C-on történő megolvasztása 6 600 kg/m³-re csökkenti a sűrűséget.

Cinkpor Sűrűség

A cinkpor apró cinkrészecskéket jelent. A cinkpor sűrűsége általában kisebb, mint a tényleges vagy tiszta cinkfémé. Ennek oka, hogy közöttük légrések vannak.

Ez azt jelenti, hogy a felület és a részecskék mérete határozza meg a sűrűséget. Például, ha a fém kisebb részecskéket tartalmaz, akkor több hely van benne, ami több légrést eredményez. A sűrűség ennek következtében alacsonyabb.

Kísérleti adatok az olvasztott cink sűrűségéről

A hőmérséklet növekedése a sűrűség csökkenését okozza. Így működnek a kísérleti adatok a cink esetében.

Például a sűrűség 500 °C-on 6 600 kg/m³-re nő. Eközben, ha a hőmérsékletet 800°C fölé emeljük, a sűrűség csökken (6,200 kg/m³).

A cinkötvözet sűrűségének és vegyületeinek feltárása

Cinkötvözetek és sűrűségük

A cinkfém más fémek tartalmával kombinálható, hogy egyedi ötvözetformákat hozzon létre. A leggyakoribb cinkötvözetek a zamak és a sárgaréz.

A Zamak ötvözeteket úgy tervezték, hogy számos öntvény alkatrészhez, például autóalkatrészekhez és játékokhoz használják. Eközben a sárgaréz cink és réz kombinációi alkalmassá teszik a hangszerek és vízvezetékek gyártására.

Ötvözet összetétele és sűrűsége

A cinkfém sűrűségét az ötvözőelemek alapanyaga is meghatározza. Például,

• A Zamak 3 sűrűsége 6,6 g/cm³. Tartalma 96% cink, 4% alumínium, valamint egyéb nyomokban magnézium és réz.
• A sárgarézötvözetek 70% Cu és 30% Zn ötvözetéből állnak. Így 8,5 g/cm³ sűrűséget képez.

Az alumíniumrészecskék hozzáadása a cinkötvözethez könnyebbé teszi. Hasonlóképpen, a réz hozzájárul a sárgaréz sűrűbbé tételéhez.

Az ötvözőelemek hatása a kristályrácsra

A cink és más ötvözetek összetétele megváltoztathatja az atomjainak helyzetét (helyettesítő) vagy cserélje ki őket. Elfér közöttük is (interstitialis).

A szubsztitúciós tartalom (réz) megváltoztatja a rácsméretet. Ezért befolyásolja a sűrűségét. A rács szorosabbá válik az interstitiális elemek, például a szén hozzáadásával. Ez növeli a sűrűséget.

Cinkvegyületek és sűrűségük

Kristályszerkezetek és kötések

A cinkből képződő vegyületek a cink-oxid (ZnO) és a cink-szulfid (ZnS). Kristályszerkezetük eltérő. A cink-oxid ugyanis hexagonális szerkezetet mutat. Eközben a cink-szulfid mind köbös, mind hatszögletes formában előfordul.

A kötés hatása a sűrűségre

A kötés típusa befolyásolja a cinkfém sűrűségét. A cink-oxid ionos kötésből áll. Sűrűsége körülbelül 5,6 g/cm³.

Eközben a cink szulfidja kovalens kötést kap. Ennek eredményeképpen 4,1 g/cm³ körüli sűrűségük csökken.

A cinkfém sűrűségét befolyásoló tényezők

A cink sűrűségének hőmérsékletfüggése

A hőmérséklet növekedése a cink sűrűségének csökkenését eredményezi. Ha 500 °C-os hőmérsékleten áll szemben, akkor 6,600 kg/m³-re csökken. Ennek oka a megnövekedett atomi rezgésekben keresendő.

Megtudhatja, hogy milyen fontos szerepet játszik az ipari folyamatokban. Ahol a szabályozott hőmérséklet egyenletes sűrűséget eredményez.

A cink sűrűségének nyomásfüggése

A nagyobb nyomás összenyomja az atomokat, így a rések eltűnnek. Ezért a cink sűrűsége kissé megnő. Ez a technika előnyös a nagy nyomású alkatrészek, például mélytengeri berendezések gyártásánál.

A kapcsolat a következőképpen alakul:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

Ebben a paraméterben ρ0 a kezdeti sűrűséget, Κ a tömöríthetőséget, a nyomást pedig P-vel jelöli.

Szennyeződések és hatásuk a cink sűrűségére

A cinkben lévő szennyeződések jelenléte okozza a sűrűségváltozást. Ilyen például az ólom, a vas és a kadmium. A nehéz szennyeződések növelik a sűrűséget, míg a könnyebbek gyakran csökkentik azt.

Fontos a szennyeződések ellenőrzése. Így megőrizheti az alkatrészek sűrűségét.

Sűrűségszabályozás ipari alkalmazásokban

A folyamatellenőrzés különböző szempontok nyomon követését foglalja magában. Például a hőmérsékletet, a nyomást és a szennyeződéseket. A minőségellenőrzési paraméterek lehetővé teszik a cinkalkalmazások sűrűségi szabványának teljesítését.

A nem megfelelő szabályozás nem kívánt sűrűségváltozásokat eredményez. Ez akár 2%-ig is változhat. Ez a bevonatok és öntések során is befolyásolja a teljesítményt.

A cinkfém sűrűségének mérése és kiszámítása

Sűrűségmérési technikák

A cinksűrűség mérésének számos módja van. Leginkább az Arkhimédész-elv, a gázpiknométer és a röntgendiffrakció használatos. Azonban mindegyik módszer megfelel bizonyos projekteknek és mintatípusoknak.

Arkhimédész elve

Ezzel a technikával a gyártók a cinkmintát vízbe merítik. Megmérik a vízkiszorítás mennyiségét.

Ez a technika szilárd vagy nem porózus minták esetében működik a legjobban. A sűrűséget ezzel a képlettel ismerheti meg:

Gáz piknométer

A gázpiknométerben a gyártók a térfogat méréséhez a gáz elmozdulását érzékelik. Ezt az eljárást leginkább porózus vagy szabálytalan minták esetében alkalmazzák. Ennek oka a kutatási és minőségellenőrzési képesség.

Röntgendiffrakció

A sűrűség mérése esetén a röntgendiffrakció (XRD) a cink kristályszerkezetét elemzi. Ez az eljárás a cinkötvözetek és vegyületeik tanulmányozására alkalmas.

Módszerek összehasonlítása

• Archimédesz elvei szilárd mintákra is megfelelnek.
• A gázpiknometria jól működik porózus minták esetében.
• A röntgendiffrakció hasznos a részletes elemzéshez.

A cinkfém sűrűségének alkalmazása

Sűrűség Alkalmazások a ballasztokban és ellensúlyokban

Az olyan alkalmazások, mint a ballasztok és ellensúlyok kihasználják a cink sűrűségét. A ballaszt a hajók súlyának növelésére szolgál, elegendő helyet foglalva. Így a hajó stabilitást kap. Hasonlóképpen, az ellensúlyok hatékonyan kiegyensúlyozzák a terheket olyan alkalmazásokban, mint a felvonók és a gépek.

A cink sűrűségének szerepe az öntésben

A oldalon. cink öntés, a cinkfém sűrűsége számít. Fontos, hogy különleges tulajdonságokat biztosítson az autóipari alkatrészek és hardverek alkalmazásaiban.

Ezek az alkatrészek nagyfokú pontosságot igényelnek, amelyet a pontos sűrűséggel állítanak elő. Így az alkatrészek nagyobb szilárdsággal és tartóssággal rendelkeznek.

Hasonlóképpen, a nagy igénybevételnek ellenálló alkatrészek előállításához szükséges a sűrűség állandóságának fenntartása.

Következtetés

A cinkfém egyedi tulajdonságai közül a sűrűség fontos a különböző alkalmazásokban. A többi az elektronikus konfiguráció és a kristályszerkezet. A hőmérséklet, a nyomás és a szennyeződések ellenőrzése és feltárása biztosítja a cink állagát. Ez létfontosságú, az ipari ötvözetektől a tengeri ballasztokig. Ez az ismeretanyag azt mutatja, hogy a cink sűrűségét több elem is befolyásolhatja. Ennek fenntartása kiváló minőségű és konzisztens eredményeket ad.