金属亜鉛の密度は、単位体積当たりの亜鉛の質量を測定する。金属亜鉛の密度は約 7.14 g/cm³ グラムである。つまり、1立方センチメートルの亜鉛につき7.14グラムの重さがある。亜鉛はアルミニウムなどに比べると比較的重い金属だが、鉛などの金属に比べると軽い。亜鉛メッキ、電池、合金などによく使われている。

金属亜鉛の密度とその働きを探ってみよう。その特殊な基準と用途について学びましょう。

亜鉛金属の特性を理解する

亜鉛とその主な特性とは？

亜鉛は地殻の24番目の金属である。青みがかった白色で光沢がある。この金属は一般的に入手可能です。耐食性、耐久性、鋳造性は亜鉛合金が含むユニークな特徴です。だから、それは製造業に不可欠な要素である

亜鉛の電子配置

亜鉛には[Ar]3d10 4s2の電子配置がある。これは30個の電子に相当する。外殻電子を2つ持ち、亜鉛の反応を減少させる。その結果、亜鉛は錆びにくく、腐食しにくい。

亜鉛の金属結合

金属結合が亜鉛原子をつなぎ合わせている。つまり、亜鉛の結合は延性があり、可鍛性である。延性とは、ワイヤー状に伸びる性質を指す。

同様に、可鍛性とは、ハンマーで叩いて薄い板にできることを意味する。そのため、亜鉛は電池や塗料など、さまざまなものの製造に向いている。

亜鉛の物理的性質

物性について言えば、亜鉛の沸点は907℃、融点は419.5℃である。また、このインゴットは116W/m・Kの熱伝導率を持つため、熱をよく伝える。

亜鉛インゴットの電気抵抗率は59.0 nΩである。これは中程度の電気伝導性を持つ。しかし、銅や銀ほどではありません。

亜鉛の結晶学的データ

亜鉛には結晶構造がある。それは六方最密充填（HCP）である。格子定数は266.5pmからc=494.7pで、P63/mmc空間群がある。亜鉛がこれほど強く安定している理由は、その構造にある。

自然界における亜鉛の供給源と種類

地球化学プロセス

亜鉛は地殻中に存在し、鉱床に形成される。そのためには、地球化学的プロセスが重要である。この技術では、高温の流体を岩石の中を移動させ、亜鉛分を分離する。

亜鉛鉱石の鉱物学

鉱床には、閃亜鉛鉱（ZnS）、スミソナイト（ZnCO3）、ヘミモルファイト（Zn4Si2O7(OH)2-H2O）が含まれる。

その中でも、閃亜鉛鉱は通常よく見られる。鉛や銀のような他の合金にも含まれる。

亜鉛の採掘と抽出

金属加工業者は鉱床から金属亜鉛を抽出するために採掘技術を用いる。鉱石を粉砕し、加熱して焙煎や還元を行う。

化学反応は、鉱石から亜鉛を得るのに役立つ。ある：

• 閃亜鉛鉱：2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• スミソナイトZnCO3 → ZnO + CO2

亜鉛の金属密度の説明

亜鉛の密度（kg/m3）とは？

室温での亜鉛の密度は7,140kg/m³である。つまり、立方体の重量に換算すると、1メートルあたり約7,140キロになる。

密度は原子の密度を知る上で非常に重要である。原子は物質の中に詰まっている。

HCP格子の原子充填効率

亜鉛のHCP構造の原子は層状に並んでいる。原子は密接に組み合わさっている。それが亜鉛を緻密なインゴットにする。例えば、HCPの原子充填効率は74%です。これは亜鉛の空間の74%に原子があり、残りは空であることを意味します。

他の金属との密度比較

• アルミニウムの密度は2,700kg/m³である。
• 鉄の密度は7,870kg/m³である。
• 銅の密度は8,960kg/m³である。

アルミニウムに比べ、亜鉛はより密度の高い合金です。しかし、鉄や銅よりは密度が低い。

だから結果的に、亜鉛合金は鋳造用途と相性がいい。それには重量と強度のバランスが必要です。

理論密度の計算

亜鉛の理論密度を計算するには格子定数と原子質量のパラメータが必要です。密度の理論式は次のようになる：

ここで、Z要素は単位セルあたりの原子数を表す。Mは原子質量。一方、Vcは単位セルの体積を示し、Naはアボガドロ数である。

溶融亜鉛の密度と亜鉛ダストの密度の比較

原子間スペースとボイドスペース

亜鉛を溶かすと、その原子は自由に動く。そのため、空隙が多くなる。これにより原子間空間が広がり、密度が低下します。例えば、亜鉛を500℃で溶かすと、密度は6,600kg/m³まで低下します。

亜鉛ダストの密度

亜鉛ダストは亜鉛の微粒子を表す。亜鉛ダストの密度は通常、実際の亜鉛や純金属の密度よりも低い。これは両者の間に空隙があるためです。

つまり、表面積と粒子の大きさが密度を決めるということだ。例えば、金属に含まれる粒子が小さければ、空間が広くなり、空隙が多くなる。その結果、密度は低くなる。

溶融亜鉛密度の実験データ

温度の上昇は密度の低下を引き起こす。これが亜鉛の実験データだ。

例えば、500℃での密度は6,600kg/m³まで上昇する。一方、温度を800℃以上に上げると密度は下がる（6,200kg/m³）。

亜鉛合金の密度と化合物を探る

亜鉛合金とその密度

金属亜鉛は他の金属と組み合わせることで、独自の合金形状を作り出すことができる。一般的な亜鉛合金はザマックと真鍮である。

ザマック合金は、自動車部品や玩具など多くの鋳造部品に使用されるように設計されている。一方、真鍮の亜鉛と銅の組み合わせは、楽器や配管に適している。

合金組成と密度

金属亜鉛の密度は、その合金元素のベースによっても決まる。例えば

• ザマック3の密度は6.6g/cm³。96%の亜鉛、4%のアルミニウム、その他微量のマグネシウムと銅を含む。
• 黄銅合金は70% Cuと30% Znから成る。そのため、密度は8.5g/cm³です。

亜鉛合金にアルミニウム粒子を加えることで、より軽量な選択肢となる。同様に、銅は真鍮の密度を高めるのに貢献している。

結晶格子に及ぼす合金元素の影響

亜鉛と他の合金の組成は、その原子の位置を変えることができる(代替)、または交換することができる。また、その間に収めることもできる(かんしつせい).

置換分（銅）は格子サイズを変える。そのため密度が変化する。炭素のような格子間元素が加わると、格子はよりタイトになる。これは密度を増加させる。

亜鉛化合物とその密度

結晶構造と結合

亜鉛によって形成される化合物には、酸化亜鉛（ZnO）と硫化亜鉛（ZnS）がある。両者の結晶構造は異なる。酸化亜鉛は六方晶構造を示すからである。一方、硫化亜鉛は立方晶と六方晶の両方で発生する。

密度に及ぼす結合の影響

結合のタイプは亜鉛金属の密度に影響する。酸化亜鉛はイオン結合で構成されている。密度は約5.6 g/cm³です。

一方、亜鉛の硫化物は共有結合を得る。その結果、密度は4.1g/cm³ほど低くなる。

亜鉛の金属密度に影響する要因

亜鉛密度の温度依存性

温度が上昇すると亜鉛の密度は低下する。 500℃に直面すると、6,600kg/m³も低下する。これは原子の振動が大きくなるためである。

工業プロセスにおけるその重要性がわかるだろう。管理された温度は安定した密度を生み出します。

亜鉛密度の圧力依存性

圧力が高いほど原子は圧縮され、隙間がなくなる。そのため、亜鉛の密度がわずかに増加する。この技術は、深海装置のような高圧部品を作るのに有効です。

その関係は次のようになる：

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

このパラメータにおいて、ρ0は初期密度、Κは圧縮率、圧力はPで示される。

不純物とその亜鉛密度への影響

亜鉛に不純物が含まれていると、密度が変化する。例えば、鉛、鉄、カドミウムなどである。重い不純物は密度を上げ、軽い不純物は密度を下げることが多い。

不純物をコントロールすることが重要です。そうすれば部品の密度を保つことができます。

産業用途における密度制御

プロセス制御には、様々な側面の監視が含まれる。例えば、温度、圧力、不純物などです。品質管理パラメータにより、亜鉛アプリケーションの密度標準を満たすことができます。

不適切なコントロールは、密度の望ましくない変化をもたらす。これは2%まで変化する可能性がある。これはコーティングや鋳造時の性能にも影響します。

金属亜鉛密度の測定と計算

密度測定技術

亜鉛の密度を測定する方法は数多くある。特に、アルキメデスの原理、ガスピクノ メータ、X線回折が最もよく使われている。しかし、それぞれの方法は特定のプロジェクトや試料の種類に適している。

アルキメデスの原理

この技術では、亜鉛サンプルを水に沈める。水の変位量を測定する。

この技法は、固形または非多孔質の試料に最適です。この式で密度を知ることができます：

ガスピクノメーター

ガスピクノメーターでは、体積を測定するためにガスの変位を検出する。主に多孔質または不規則なサンプルにこのプロセスを使用します。それは研究や品質管理に適しているからである。

X線回折

密度測定の場合、X線回折（XRD）は亜鉛の結晶構造を分析する。このプロセスは亜鉛合金やその化合物の研究に有効である。

方法の比較

• アルキメデスの原理は固体サンプルに適している。
• ガスピクノメトリーは多孔質試料と相性が良い。
• 詳細な分析にはX線回折が有効である。

金属亜鉛密度の用途

バラストとカウンターウェイトにおける密度の用途

バラストやカウンターウェイトのような用途は、亜鉛の密度を利用しています。バラストは船舶に重量を加え、十分なスペースを確保します。そのため、船は安定します。同様に、カウンターウェイトはエレベーターや機械などの用途で荷重のバランスを効果的にとります。

ダイカストにおける亜鉛密度の役割

で 亜鉛ダイカスト亜鉛の金属密度は重要である。自動車部品やハードウェアの用途では、特別な特性を提供することが重要です。

これらの部品は、正確な密度によって生み出される広範な精度を必要とする。そのため、部品はより優れた強度と耐久性を持っています。

同様に、高い応力に耐える部品を作るには、密度の一貫性を保つ必要がある。

結論

金属亜鉛のユニークな特性の中で、密度は様々な用途にとって重要である。あとは電子配置と結晶構造です。温度、圧力、不純物を制御し、探求することで、亜鉛の一貫性が保証されます。それは工業用合金から海洋バラストに至るまで不可欠なものです。この知識は、亜鉛の密度がいくつかの要素によって影響されることを示しています。それを維持することで、高品質で安定した結果が得られるのです。