La densità dello zinco metallico misura la massa di zinco per unità di volume. Lo zinco metallico ha una densità di circa 7,14 g/cm³ a temperatura ambiente. Ciò significa che ogni centimetro cubo di zinco pesa 7,14 grammi. Lo zinco è un metallo relativamente pesante rispetto ad altri come l'alluminio, ma più leggero di metalli come il piombo. È comunemente usato nella galvanizzazione, nelle batterie e nelle leghe.

Esploriamo la densità dello zinco metallico e il suo funzionamento. Impariamo a conoscerne i criteri e le applicazioni particolari.

Conoscere le proprietà dello zinco metallico

Che cos'è lo zinco e le sue proprietà principali?

Lo zinco è il 24° metallo della crosta terrestre. Ha approcci lucidi con un aspetto bianco-bluastro. Questo metallo è comunemente disponibile. La resistenza alla corrosione, la durata e la fusione sono le caratteristiche uniche della lega di zinco. Pertanto, è un elemento vitale nella produzione

Configurazione elettronica dello zinco

Nello zinco esiste una configurazione elettronica [Ar]3d10 4s2. Ciò corrisponde ai suoi 30 elettroni. Ha due elettroni del guscio esterno, che riducono la reazione dello zinco. Di conseguenza, lo zinco non arrugginisce e non si corrode facilmente.

Legame metallico nello zinco

I legami metallici tengono uniti gli atomi di zinco. Ciò significa che i legami dello zinco sono duttili e malleabili. La duttilità si riferisce alla sua estensibilità in fili.

Allo stesso modo, malleabile significa che si può martellare e trasformare in una lastra sottile. Per questo motivo, lo zinco è adatto alla produzione di vari oggetti, tra cui batterie e rivestimenti.

Proprietà fisiche dello zinco

Per quanto riguarda le proprietà fisiche, lo zinco ha un punto di ebollizione di 907°C e un punto di fusione di 419,5°C. Inoltre, questo lingotto conduce bene il calore grazie alla sua conducibilità termica di 116 W/m-K. Inoltre, questo lingotto conduce bene il calore grazie alla sua conducibilità termica di 116 W/m-K.

La resistività elettrica del lingotto di zinco è di 59,0 nΩ. Questo lo rende un discreto conduttore elettrico. Tuttavia, non è buono come il rame o l'argento.

Dati cristallografici dello zinco

Lo zinco ha una struttura cristallina. Si tratta di un esagono a pacchettatura stretta (HCP). I suoi parametri reticolari sono compresi tra 266,5 pm e c = 494,7 p. Il gruppo spaziale è P63/mmc. Il motivo per cui lo zinco è così forte e stabile è la sua struttura.

Fonti e tipi di zinco in natura

Processi geochimici

Lo zinco si trova nella crosta terrestre e si forma in depositi di minerali. A tal fine, sono importanti i processi geochimici. In questa tecnica, un fluido caldo viene spostato attraverso le rocce per separare il contenuto di zinco.

Mineralogia dei minerali di zinco

I depositi minerari contengono sfalerite (ZnS), smithsonite (ZnCO3) ed emimorfite (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Tra queste, la sfalerite si trova comunemente. È presente anche in altre leghe come il piombo e l'argento.

Estrazione dello zinco

Gli operai metallurgici utilizzano le tecniche minerarie per estrarre lo zinco metallico dai depositi minerari. Schiacciano e riscaldano i minerali attraverso il processo di arrostimento o riduzione.

Le reazioni chimiche aiutano a ottenere lo zinco dai minerali. Ci sono:

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

Spiegazione della densità dello zinco metallico

Qual è la densità dello zinco in kg/m3?

A temperatura ambiente, la densità dello zinco raggiunge i 7,140 kg/m³. Quindi, in termini di peso cubo, un metro di zinco si aggira intorno ai 7,140 kg.

La densità è molto importante per conoscere la tenuta degli atomi. Essi sono impacchettati in un materiale.

Efficienza di impacchettamento atomico nel reticolo HCP

Gli atomi della struttura HCP dello zinco sono disposti a strati. Gli atomi si incastrano strettamente l'uno con l'altro. Ciò rende lo zinco un lingotto denso. Ad esempio, la struttura HCP ha un'efficienza di impacchettamento atomico di 74%. Ciò significa che 74% dello spazio dello zinco contiene atomi, mentre il resto è vuoto.

Confronto della densità con altri metalli

• L'alluminio ha una densità di 2.700 kg/m³.
• Il ferro ha una densità di 7.870 kg/m³.
• Il rame ha una densità di 8.960 kg/m³.

Rispetto all'alluminio, lo zinco è una lega molto più densa. Tuttavia, contiene meno densità del ferro e del rame.

Di conseguenza, le leghe di zinco si adattano bene alle applicazioni di fusione. Per queste ultime è necessario un equilibrio tra peso e resistenza.

Calcolo della densità teorica

Per calcolare la densità teorica dello zinco sono necessari i parametri del reticolo e della massa atomica. La formula teorica della densità può essere:

L'elemento Z rappresenta il numero di atomi per unità di cella. M sta per massa atomica. Nel frattempo, Vc indica il volume della cella unitaria e Na è un numero di Avogadro.

Confronto tra la densità dello zinco fuso e la densità della polvere di zinco

Spazio interatomico e spazio vuoto

Quando si fonde lo zinco, i suoi atomi si muovono liberamente. Quindi, c'è più spazio vuoto. Questo aumenta lo spazio interatomico e riduce la densità. Ad esempio, la fusione dello zinco a 500°C riduce la densità fino a 6.600 kg/m³.

Polvere di zinco Densità

La polvere di zinco rappresenta minuscole particelle di zinco. La densità della polvere di zinco è solitamente inferiore a quella dello zinco metallico vero e proprio o puro. Ciò è dovuto alla presenza di intercapedini d'aria.

Ciò significa che le aree superficiali e le dimensioni delle particelle determinano la densità. Ad esempio, se il metallo contiene particelle più piccole, ha più spazio, il che comporta un maggior numero di spazi d'aria. Di conseguenza, la densità è minore.

Dati sperimentali sulla densità dello zinco fuso

L'aumento della temperatura provoca una diminuzione della densità. È così che funzionano i dati sperimentali sullo zinco.

Ad esempio, la densità a 500°C aumenta fino a 6.600 kg/m³. Nel frattempo, quando si aumenta la temperatura oltre gli 800°C, la densità si riduce (6.200 kg/m³).

Esplorazione della densità e dei composti delle leghe di zinco

Leghe di zinco e loro densità

Lo zinco metallico può essere combinato con il contenuto di altri metalli per creare leghe uniche. Le leghe di zinco più comuni sono lo zama e l'ottone.

Le leghe di zama sono progettate per essere utilizzate in molte parti di fusione, come i componenti di automobili e giocattoli. L'ottone, invece, grazie alla combinazione di zinco e rame, è adatto agli strumenti musicali e alle tubature.

Composizione e densità della lega

La densità dello zinco metallico è determinata anche dalla base dei suoi elementi di lega. Ad esempio,

• Lo Zamak 3 ha una densità di 6,6 g/cm³. Contiene 96% di zinco, 4% di alluminio e altre tracce di magnesio e rame.
• Le leghe di ottone sono composte da 70% Cu e 30% Zn. La densità è quindi di 8,5 g/cm³.

L'aggiunta di particelle di alluminio nella lega di zinco la rende più leggera. Allo stesso modo, il rame contribuisce a rendere l'ottone più denso.

Effetto degli elementi di lega sul reticolo cristallino

La composizione dello zinco con altre leghe può modificare la posizione dei suoi atomi (sostitutivo) o sostituirli. Può anche inserirsi tra di loro (interstiziale).

Il contenuto sostitutivo (rame) modifica le dimensioni del reticolo. Per questo motivo la densità ne risente. Il reticolo diventa più stretto con l'aggiunta di elementi interstiziali come il carbonio. La densità aumenta.

Composti dello zinco e loro densità

Strutture cristalline e legame

I composti formati dallo zinco sono l'ossido di zinco (ZnO) e il solfuro di zinco (ZnS). La loro struttura cristallina è diversa. L'ossido di zinco presenta infatti una struttura esagonale. Il solfuro di zinco, invece, presenta una struttura sia cubica che esagonale.

Influenza del legame sulla densità

Il tipo di legame influisce sulla densità dello zinco metallico. L'ossido di zinco è costituito da legami ionici. La sua densità è di circa 5,6 g/cm³.

Nel frattempo, il solfuro di zinco si lega in modo covalente. Di conseguenza, la densità si riduce a circa 4,1 g/cm³.

Fattori che influenzano la densità dello zinco metallico

Dipendenza dalla temperatura della densità dello zinco

Con l'aumento della temperatura, la densità dello zinco diminuisce. Quando affronta una temperatura di 500°C, scende a 6.600 kg/m³. Il motivo è l'aumento delle vibrazioni atomiche.

Scoprirete la sua importanza nei processi industriali. La temperatura controllata produce una densità costante.

Dipendenza dalla pressione della densità dello zinco

La pressione più elevata comprime gli atomi più vicini, eliminando gli spazi vuoti. Per questo motivo la densità dello zinco aumenta leggermente. Questa tecnica è vantaggiosa per la produzione di componenti ad alta pressione, come le attrezzature per le profondità marine.

La relazione è la seguente:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

In questo parametro, ρ0 indica la densità iniziale, Κ è la comprimibilità e la pressione è indicata con P.

Impurità e loro effetto sulla densità dello zinco

La presenza di impurità nello zinco è all'origine delle alterazioni della densità. Ad esempio, piombo, ferro e cadmio. Le impurità pesanti aumentano la densità, mentre quelle più leggere spesso la riducono.

È importante controllare le impurità. In modo da mantenere la densità dei pezzi.

Controllo della densità nelle applicazioni industriali

Il controllo del processo prevede il monitoraggio di vari aspetti. Ad esempio, temperatura, pressione e impurità. I parametri di controllo della qualità consentono di soddisfare gli standard di densità delle applicazioni di zinco.

Un controllo improprio porta a cambiamenti indesiderati nella densità. Che può variare fino a 2%. Ciò influisce anche sulle prestazioni durante i rivestimenti e le fusioni.

Misurazione e calcolo della densità dello zinco metallico

Tecniche di misurazione della densità

Esistono molti modi per misurare la densità dello zinco. In particolare, i più utilizzati sono il principio di Archimede, il picnometro a gas e la diffrazione dei raggi X. Tuttavia, ogni metodo si adatta a progetti e tipi di campioni specifici. Tuttavia, ogni metodo si adatta a progetti e tipi di campioni specifici.

Principio di Archimede

Con questa tecnica, i produttori immergono un campione di zinco in acqua. Misurano il volume di spostamento dell'acqua.

Questa tecnica funziona meglio per campioni solidi o non porosi. È possibile conoscere la densità attraverso questa formula:

Picnometro a gas

Nel picnometro a gas, i produttori rilevano lo spostamento del gas per misurare il volume. Questo processo viene utilizzato soprattutto per campioni porosi o irregolari. Ciò è dovuto alla sua capacità di effettuare ricerche e controlli di qualità.

Diffrazione dei raggi X

Nel caso della misurazione della densità, la diffrazione dei raggi X (XRD) analizza la struttura cristallina dello zinco. Questo processo è utile per studiare le leghe di zinco e i loro composti.

Metodo a confronto

• I Principi di Archimede si adattano ai campioni solidi.
• La picnometria gassosa si adatta bene ai campioni porosi.
• La diffrazione dei raggi X è utile per un'analisi dettagliata.

Applicazione della densità dello zinco metallico

Applicazioni della densità in zavorre e contrappesi

Applicazioni come la zavorra e i contrappesi sfruttano la densità dello zinco. La zavorra serve ad aggiungere peso alle navi, occupando spazio sufficiente. In questo modo la nave acquista stabilità. Allo stesso modo, i contrappesi bilanciano efficacemente i carichi in applicazioni come ascensori e macchinari.

Ruolo della densità dello zinco nella pressofusione

In pressofusione di zincoLa densità dello zinco-metallo è importante. È importante fornire attributi speciali nelle applicazioni di componenti automobilistici e hardware.

Questi pezzi richiedono un'ampia precisione, prodotta attraverso una densità precisa. Pertanto, i pezzi hanno una maggiore resistenza e durata.

Allo stesso modo, per realizzare pezzi in grado di resistere a sollecitazioni elevate, è necessario mantenere una densità costante.

Conclusione

Tra le proprietà uniche dello zinco metallico, la densità è importante per varie applicazioni. Le altre sono la configurazione elettronica e la struttura cristallina. Il controllo e l'esplorazione di temperatura, pressione e impurità garantiscono la consistenza dello zinco. Questo è fondamentale, dalle leghe industriali alla zavorra marina. Questa conoscenza dimostra che la densità dello zinco può essere influenzata da diversi elementi. Mantenendola si ottengono risultati di alta qualità e costanza.