Sinkmetallets tetthet måler massen av sink per volumenhet. Sinkmetall har en tetthet på ca. 7,14 g/cm³ ved romtemperatur. Det betyr at hver kubikkcentimeter sink veier 7,14 gram. Sink er et relativt tungt metall sammenlignet med andre metaller som aluminium, men lettere enn metaller som bly. Det brukes ofte i galvanisering, batterier og legeringer.

La oss utforske sinkmetallets tetthet og hvordan det fungerer. Lær om deres spesielle kriterier og bruksområder.

Forstå sinkmetallens egenskaper

Hva er sink og hvilke egenskaper har det?

Sink er det 24. metallet i jordskorpen. Det har blanke overflater med et blåhvitt utseende. Dette metallet er vanlig tilgjengelig. Korrosjonsbestandighet, holdbarhet og støping er de unike egenskapene som sinklegering inneholder. Så det er et viktig element i produksjonen

Elektronisk konfigurasjon av sink

Det er [Ar]3d10 4s2 elektronisk konfigurasjon i sink. Det tilsvarer de 30 elektronene. Det har to elektroner i det ytre skallet, noe som reduserer sinkreaksjonen. Resultatet er at sink ikke ruster eller korroderer så lett.

Metallisk binding i sink

Metalliske bindinger holder sinkatomene sammen. Dette betyr at sinkbindingene er duktile og formbare. Duktilitet refererer til at det kan tøyes til tråder.

På samme måte betyr formbart at du kan hamre og gjøre det om til en tynn plate. Derfor egner sink seg godt til produksjon av blant annet batterier og belegg.

Fysiske egenskaper ved sink

Når vi snakker om fysiske egenskaper, har sink et kokepunkt på 907 °C og et smeltepunkt på 419,5 °C. Dessuten leder sinkblokken varme godt på grunn av varmeledningsevnen på 116 W/m-K

Det er 59,0 nΩ elektrisk resistivitet i sinkblokker. Det gjør det til en moderat elektrisk leder. Den er imidlertid ikke like god som kobber eller sølv.

Krystallografiske data for sink

Sink har en krystallstruktur. Den er heksagonal tettpakket (HCP). Gitterparametrene varierer fra 266,5 pm og c = 494,7 p. Det er en P63/mmc-romgruppe. Sink er så sterkt og stabilt på grunn av sin struktur.

Kilder og typer sink i naturen

Geokjemiske prosesser

Sink finnes i jordskorpen og dannes i malmforekomster. For dette er geokjemiske prosesser viktige. I denne teknikken flyttes varm væske gjennom bergarter for å skille ut sinkinnholdet.

Mineralogi av sinkmalm

Malmforekomstene inneholder sfaleritt (ZnS), smithsonitt (ZnCO3) og hemimorfiitt (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Blant dem er sfaleritt vanligvis vanlig. Det finnes også i andre legeringer som bly og sølv.

Gruvedrift og utvinning av sink

Metallarbeidere bruker gruvedriftsteknikker for å utvinne sinkmetall fra malmforekomster. De knuser og varmer opp malmen gjennom ristings- eller reduksjonsprosessen.

Kjemiske reaksjoner bidrar til å utvinne sink fra malm. De finnes:

• Sphaleritt: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonitt: ZnCO3 → ZnO + CO2

Sinkmetallens tetthet forklart

Hva er sinktetthet i kg/m3?

Ved romtemperatur er tettheten til sink opp til 7 140 kg/m³. Så når det gjelder kubikkvekten, er en meter rundt 7 140 kg.

Tetthet er svært viktig for å vite hvor tett atomer er. De er pakket sammen i et materiale.

Effektivitet ved atompakking i HCP-gitter

Atomene i HCP-strukturen til sink er ordnet i lag. Atomene sitter tett sammen. Det gjør sink til en tett ingot. HCP har for eksempel en atompakkingseffektivitet på 74%. Det betyr at 74% av sinkrommet har atomer, mens resten er tomt.

Sammenligning av tetthet med andre metaller

• Aluminium har en tetthet på 2700 kg/m³.
• Jern har en tetthet på 7 870 kg/m³.
• Kobber har en tetthet på 8 960 kg/m³.

Sammenlignet med aluminium er sink en mye tettere legering. Den har imidlertid mindre tetthet enn jern og kobber.

Derfor egner sinklegeringer seg godt til støpeapplikasjoner. Det må være en balanse mellom vekt og styrke.

Teoretisk beregning av tetthet

Du trenger parametere for gitter og atommasse for å beregne sinks teoretiske tetthet. Den teoretiske formelen for tetthet kan være:

Her representerer Z-elementet atomantall per celleenhet. M står for atommasse. Vc står for volum per celleenhet, og Na er et antall Avogadro'er.

Sammenligning av tetthet for smeltet sink og tetthet for sinkstøv

Interatomære avstander og tomrom

Når du smelter sink, beveger atomene seg fritt. Det blir mer tomrom. Dette øker det interatomære rommet og reduserer tettheten. Smelter du for eksempel sink ved 500 °C, reduseres tettheten til 6 600 kg/m³.

Sinkstøvets tetthet

Sinkstøv består av ørsmå partikler av sink. Tettheten til sinkstøv er vanligvis lavere enn tettheten til det faktiske eller rene sinkmetallet. Dette skyldes at det er luftspalter mellom dem.

Det betyr at overflateareal og størrelsen på partiklene bestemmer tettheten. Hvis metallet for eksempel inneholder mindre partikler, har det mer plass, noe som fører til flere luftspalter. Resultatet er lavere tetthet.

Eksperimentelle data om tetthet for smeltet sink

Temperaturøkningen fører til en reduksjon i tettheten. Det er slik de eksperimentelle dataene fungerer på sink.

For eksempel øker tettheten ved 500 °C opp til 6 600 kg/m³. Når du øker temperaturen til over 800 °C, reduseres densiteten (6 200 kg/m³).

Utforskning av sinklegeringers tetthet og forbindelser

Sinklegeringer og deres tetthet

Sinkmetall kan kombineres med andre metallers innhold for å skape deres unike legeringsformer. De vanligste sinklegeringene er Zamak og messing.

Zamak-legeringer er designet for å brukes i mange støpedeler, som bilkomponenter og leker. Sink- og kobberkombinasjonene i messing gjør den samtidig egnet til musikkinstrumenter og rørleggerarbeid.

Legeringens sammensetning og tetthet

Tettheten til sinkmetall bestemmes også av legeringselementene. For eksempel

• Zamak 3 har en tetthet på 6,6 g/cm³. Det inneholder 96% sink, 4% aluminium og andre spormengder av magnesium og kobber.
• Messinglegeringer består av 70% Cu og 30% Zn. Så det danner en tetthet på 8,5 g/cm³

Tilsetningen av aluminiumspartikler i sinklegeringen gjør den til et lettere alternativ. På samme måte bidrar kobber til å gjøre messing tettere.

Effekten av legeringselementer på krystallgitteret

Sammensetningen av sink med andre legeringer kan endre posisjonen til atomene (stedfortredende) eller erstatte dem. Den kan også passe mellom dem (interstitiell).

Substitusjonelt innhold (kobber) endrer gitterstørrelsen. Det er derfor tettheten blir påvirket. Gitteret blir strammere med tilsetning av interstitielle elementer som karbon. Det øker densiteten.

Sinkforbindelser og deres tetthet

Krystallstrukturer og bindinger

Forbindelsene som dannes av sink, er sinkoksid (ZnO) og sinksulfid (ZnS). Krystallstrukturen deres er forskjellig. Dette skyldes at sinkoksid har en sekskantet struktur. Sinksulfid forekommer derimot i både kubisk og sekskantet form.

Innflytelse av binding på tetthet

Bindingsmåten påvirker sinkmetallets tetthet. Sinkoksid består av ioniske bindinger. Det gir en tetthet på rundt 5,6 g/cm³.

I mellomtiden får sulfid av sink kovalente bindinger. Resultatet er at de blir mindre tette, rundt 4,1 g/cm³.

Faktorer som påvirker sinkmetallens tetthet

Sinkdensitetens temperaturavhengighet

En økning i temperaturen fører til at sinkens tetthet reduseres. Når den møter en temperatur på 500 °C, faller den til 6 600 kg/m³. Årsaken er de økte atomvibrasjonene.

Du vil finne ut hvor viktig det er i industrielle prosesser. Den kontrollerte temperaturen gir jevn tetthet.

Trykkavhengighet av sinkens tetthet

Det høyere trykket presser atomene tettere sammen, og fjerner mellomrommene. Derfor øker sinktettheten noe. Denne teknikken er fordelaktig når man skal lage høytrykksdeler, for eksempel dyphavsutstyr.

Forholdet viser seg som følger:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

I denne parameteren angir ρ0 opprinnelig tetthet, Κ er kompressibilitet, og trykket vises med P.

Urenheter og deres effekt på sinkens tetthet

Tilstedeværelsen av urenheter i sink er årsaken til tetthetsendringer. For eksempel bly, jern og kadmium. Urenheter som er tunge, øker tettheten, mens de lettere ofte reduserer den.

Det er viktig å kontrollere urenheter. Slik at du kan opprettholde tettheten til delene.

Tetthetskontroll i industrielle applikasjoner

Prosesskontroll innebærer overvåking av ulike aspekter. For eksempel temperatur, trykk og urenheter. Kvalitetskontrollparametere gjør at du kan oppfylle tetthetsstandarden for sinkapplikasjoner.

Feil kontroll gir uønskede endringer i tetthet. Det kan variere opp til 2%. Dette påvirker også ytelsen under belegg og støping.

Måling og beregning av tetthet for sinkmetall

Teknikker for tetthetsmåling

Det finnes mange måter å måle sinktetthet på. Arkimedes' prinsipp, gasspyknometer og røntgendiffraksjon er de mest brukte metodene. Hver metode passer imidlertid til spesifikke prosjekter og prøvetyper.

Arkimedes' prinsipp

Ved hjelp av denne teknikken senker produsentene en sinkprøve ned i vann. De måler volumet av vannfortrengning.

Denne teknikken fungerer best for faste eller ikke-porøse prøver. Du kan finne tettheten ved hjelp av denne formelen:

Gasspyknometer

I gasspyknometre registrerer produsentene gassforskyvning for å måle volum. De bruker for det meste denne prosessen for porøse eller uregelmessige prøver. Det er på grunn av dens evne til å gjøre forskning og kvalitetskontroll.

Røntgendiffraksjon

Når det gjelder måling av tetthet, analyserer røntgendiffraksjon (XRD) sinkens krystallstruktur. Denne prosessen kan brukes til å studere sinklegeringer og deres forbindelser.

Sammenligning av metoder

• Arkimedes' prinsipper passer til faste prøver.
• Gasspyknometri fungerer godt med porøse prøver.
• Røntgendiffraksjon er nyttig for detaljert analyse.

Anvendelse av sinkmetallens tetthet

Tetthet i ballast og motvekter

Sinkets tetthet utnyttes blant annet til ballast og motvekter. Ballast brukes til å tilføre vekt til skip, og tar tilstrekkelig plass. Slik at skipet blir stabilt. På samme måte balanserer motvekter lastene effektivt i applikasjoner som heiser og maskiner.

Sinkdensitetens rolle i pressstøping

I trykkstøping i sinker sinkmetallets tetthet viktig. Det er viktig å gi spesielle egenskaper i applikasjoner av bildeler og maskinvare.

Disse delene krever omfattende nøyaktighet produsert via presis tetthet. Delene har derfor bedre styrke og holdbarhet.

På samme måte er det nødvendig å opprettholde tetthetskonsistens for å lage deler som tåler høy belastning.

Konklusjon

Blant de unike egenskapene til sinkmetall er tettheten viktig for ulike bruksområder. Resten er elektronisk konfigurasjon og krystallstruktur. Kontroll og utforsking av temperatur, trykk og urenheter sikrer sinkens konsistens. Det er avgjørende for alt fra industrielle legeringer til marin ballast. Denne kunnskapen viser at tettheten til sink kan påvirkes av flere elementer. Ved å opprettholde den får man høy kvalitet og konsistente resultater.