A densidade do zinco metálico mede a massa de zinco por unidade de volume. O zinco metálico tem uma densidade de aproximadamente 7,14 g/cm³ à temperatura ambiente. Isso significa que, para cada centímetro cúbico de zinco, ele pesa 7,14 gramas. O zinco é um metal relativamente pesado em comparação com outros como o alumínio, mas mais leve do que metais como o chumbo. É comumente usado em galvanização, baterias e ligas.

Vamos explorar a densidade do zinco metálico e como ela funciona. Saiba mais sobre seus critérios e aplicações específicos.

Entendendo as propriedades do zinco metálico

O que é o zinco e suas principais propriedades?

O zinco é o 24º metal na crosta terrestre. Tem abordagens brilhantes com uma aparência branco-azulada. Esse metal é comumente disponível. A resistência à corrosão, a durabilidade e a fundição são as características exclusivas da liga de zinco. Portanto, é um elemento vital na fabricação

Configuração eletrônica do zinco

Há uma configuração eletrônica [Ar]3d10 4s2 no zinco. Isso corresponde aos seus 30 elétrons. Ele tem dois elétrons da camada externa, reduzindo a reação do zinco. Como resultado, o zinco não enferruja nem corrói facilmente.

Ligação metálica em zinco

As ligações metálicas mantêm os átomos de zinco unidos. Isso significa que as ligações de zinco são dúcteis e maleáveis. A ductilidade refere-se à sua capacidade de se esticar em fios.

Da mesma forma, maleável significa que você pode martelar e transformá-lo em uma folha fina. É por isso que o zinco é adequado para a fabricação de vários produtos, inclusive baterias e revestimentos.

Propriedades físicas do zinco

Com relação às propriedades físicas, o zinco tem um ponto de ebulição de 907°C e um ponto de fusão de 419,5°C. Além disso, esse lingote conduz bem o calor devido à sua condutividade térmica de 116 W/m-K

A resistividade elétrica do lingote de zinco é de 59,0 nΩ. Isso o torna um condutor elétrico moderado. No entanto, não é tão bom quanto o cobre ou a prata.

Dados cristalográficos do zinco

O zinco tem uma estrutura cristalina. É hexagonal de empacotamento fechado (HCP). Seus parâmetros de rede variam de 266,5 pm e c = 494,7 p. Há um grupo espacial P63/mmc. A razão pela qual o zinco é tão forte e estável é sua estrutura.

Fontes e tipos de zinco na natureza

Processos geoquímicos

É possível encontrar zinco na crosta terrestre e formá-lo em depósitos de minério. Para isso, os processos geoquímicos são importantes. Nessa técnica, um fluido quente é movido através das rochas para separar o conteúdo de zinco.

Mineralogia de minérios de zinco

Os resultados dos depósitos de minério contêm esfalerita (ZnS), smithsonita (ZnCO3) e hemimorfita (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Entre elas, a esfalerita é comumente encontrada. Ela também está presente em outras ligas, como chumbo e prata.

Mineração e extração de zinco

Os metalúrgicos usam técnicas de mineração para extrair o zinco metálico dos depósitos de minério. Eles esmagam e aquecem os minérios por meio do processo de torrefação ou redução.

As reações químicas ajudam a obter o zinco dos minérios. Existem:

• Esfalerita: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonita: ZnCO3 → ZnO + CO2

Explicação sobre a densidade do zinco metálico

Qual é a densidade do zinco em kg/m3?

Em temperatura ambiente, a densidade do zinco é de até 7,140 kg/m³. Portanto, em termos de peso cúbico, seu metro varia em torno de 7,140 kg.

A densidade é muito importante para conhecer a rigidez dos átomos. Eles são embalados em um material.

Eficiência de empacotamento atômico na rede HCP

Os átomos da estrutura HCP do zinco estão dispostos em camadas. Os átomos se encaixam bem próximos uns dos outros. Isso torna o zinco um lingote denso. Por exemplo, o HCP tem uma eficiência de empacotamento atômico de 74%. Isso significa que 74% do espaço do zinco tem átomos, e o restante está vazio.

Comparação da densidade com outros metais

• O alumínio tem uma densidade de 2.700 kg/m³.
• O ferro tem uma densidade de 7.870 kg/m³.
• O cobre tem uma densidade de 8.960 kg/m³.

Em comparação com o alumínio, o zinco é uma liga muito mais densa. Entretanto, contém menos densidade do que o ferro e o cobre.

Portanto, como resultado, as ligas de zinco são ideais para aplicações de fundição. Isso exige um equilíbrio entre peso e resistência.

Cálculo da densidade teórica

São necessários parâmetros de rede e massa atômica para calcular a densidade teórica do zinco. A fórmula teórica da densidade pode ser:

Aqui, o elemento Z representa o número de átomos por célula unitária. M é a massa atômica. Enquanto isso, o Vc mostra o volume da célula unitária, e Na é um número de Avogadro.

Comparação da densidade do zinco fundido com a densidade do pó de zinco

Espaçamento interatômico e espaço vazio

Quando você derrete o zinco, seus átomos se movem livremente. Portanto, há mais espaço vazio. Isso aumenta o espaço interatômico e reduz a densidade. Por exemplo, a fusão do zinco a 500°C reduz a densidade para até 6.600 kg/m³.

Densidade do pó de zinco

O pó de zinco representa partículas minúsculas de zinco. A densidade do pó de zinco é geralmente menor do que a do zinco metálico real ou puro. Isso ocorre porque há espaços de ar entre eles.

Isso significa que as áreas de superfície e o tamanho das partículas determinam a densidade. Por exemplo, se o metal contém partículas menores, ele tem mais espaço, o que resulta em mais lacunas de ar. Como resultado, a densidade é menor.

Dados experimentais sobre a densidade do zinco fundido

O aumento da temperatura causa uma diminuição na densidade. É assim que os dados experimentais funcionam com o zinco.

Por exemplo, a densidade a 500°C aumenta até 6.600 kg/m³. Entretanto, quando você aumenta a temperatura acima de 800°C, a densidade é reduzida (6.200 kg/m³).

Explorando a densidade e os compostos da liga de zinco

Ligas de zinco e sua densidade

O zinco metálico pode ser combinado com o conteúdo de outros metais para criar suas formas de liga exclusivas. As ligas de zinco mais comuns são Zamak e latão.

As ligas de zamac foram projetadas para serem usadas em muitas peças de fundição, como componentes de carros e brinquedos. Enquanto isso, as combinações de zinco e cobre do latão o tornam adequado para instrumentos musicais e encanamentos.

Composição e densidade da liga

A densidade do zinco metálico também é determinada pela base de seus elementos de liga. Por exemplo,

• O Zamak 3 tem densidade de 6,6 g/cm³. Ele contém 96% de zinco, 4% de alumínio e outras quantidades residuais de magnésio e cobre.
• As ligas de latão consistem em 70% Cu e 30% Zn. Portanto, formam uma densidade de 8,5 g/cm³

A adição de partículas de alumínio na liga de zinco a torna uma opção mais leve. Da mesma forma, o cobre contribui para tornar o latão mais denso.

Efeito dos elementos de liga na estrutura cristalina

A composição do zinco com outras ligas pode alterar as posições de seus átomos (substitutivo) ou substituí-los. Ele também pode se encaixar entre elas (intersticial).

O conteúdo substituto (cobre) altera o tamanho da rede. É por isso que sua densidade é afetada. A estrutura fica mais rígida com a adição de elementos intersticiais, como o carbono. Isso aumenta sua densidade.

Compostos de zinco e sua densidade

Estruturas cristalinas e ligações

Os compostos formados pelo zinco são o óxido de zinco (ZnO) e o sulfeto de zinco (ZnS). Sua estrutura cristalina é diferente. Isso ocorre porque o óxido de zinco apresenta uma estrutura hexagonal. Enquanto isso, o sulfeto de zinco ocorre tanto na forma cúbica quanto na hexagonal.

Influência da ligação na densidade

O tipo de ligação afeta a densidade do zinco metálico. O óxido de zinco consiste em uma ligação iônica. Ele apresenta uma densidade de cerca de 5,6 g/cm³.

Enquanto isso, o sulfeto de zinco recebe ligação covalente. Como resultado, eles se tornam menos densos, em torno de 4,1 g/cm³.

Fatores que afetam a densidade do zinco metálico

Dependência da temperatura da densidade do zinco

O aumento da temperatura faz com que a densidade do zinco diminua. Quando enfrenta uma temperatura de 500°C, ela cai para 6.600 kg/m³. O motivo é o aumento das vibrações atômicas.

Você descobrirá sua importância nos processos industriais. Neles, a temperatura controlada produz uma densidade consistente.

Dependência da pressão da densidade do zinco

A pressão mais alta comprime os átomos mais próximos, removendo as lacunas. É por isso que a densidade do zinco aumenta ligeiramente. Essa técnica é vantajosa na fabricação de peças de alta pressão, como equipamentos para águas profundas.

A relação é a seguinte:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

Nesse parâmetro, ρ0 indica a densidade inicial, Κ é a compressibilidade e a pressão é indicada por P.

Impurezas e seu efeito na densidade do zinco

A presença de impurezas no zinco é a causa das alterações de densidade. Por exemplo, chumbo, ferro e cádmio. As impurezas mais pesadas aumentam a densidade, enquanto as mais leves geralmente a reduzem.

É importante controlar as impurezas. Assim, você pode manter a densidade das peças.

Controle de densidade em aplicações industriais

O controle de processos envolve o monitoramento de vários aspectos. Por exemplo, temperatura, pressão e impurezas. Os parâmetros de controle de qualidade permitem que você atenda ao padrão de densidade das aplicações de zinco.

O controle inadequado traz mudanças indesejadas na densidade. Isso pode variar até 2%. Isso também afeta o desempenho durante revestimentos e fundições.

Medição e cálculo da densidade de zinco metálico

Técnicas de medição de densidade

Há muitas maneiras de medir a densidade do zinco. Em particular, o princípio de Arquimedes, o picnômetro a gás e a difração de raios X são os mais usados. Entretanto, cada método é adequado a projetos e tipos de amostras específicos.

Princípio de Arquimedes

Usando essa técnica, os fabricantes submergem uma amostra de zinco na água. Eles medem o volume de deslocamento da água.

Essa técnica funciona melhor para amostras sólidas ou não porosas. Você pode saber a densidade por meio desta fórmula:

Picnômetro de gás

No picnômetro de gás, os fabricantes detectam o deslocamento do gás para medir o volume. Eles usam esse processo principalmente para amostras porosas ou irregulares. Isso se deve à sua capacidade de realizar pesquisas e controle de qualidade.

Difração de raios X

No caso da medição da densidade, a difração de raios X (XRD) analisa a estrutura cristalina do zinco. Esse processo é viável para estudar as ligas de zinco e seus compostos.

Comparação de métodos

• Os princípios de Arquimedes são adequados para amostras sólidas.
• A picnometria de gás funciona bem com amostras porosas.
• A difração de raios X é útil para análises detalhadas.

Aplicação da densidade de zinco metálico

Aplicações de densidade em lastro e contrapesos

As aplicações, como lastro e contrapesos, aproveitam a densidade do zinco. O lastro funciona para adicionar peso aos navios, ocupando espaço suficiente. Assim, o navio ganha estabilidade. Da mesma forma, os contrapesos equilibram as cargas de forma eficaz em aplicações como elevadores e maquinário.

Papel da densidade do zinco na fundição sob pressão

Em fundição de zincoA densidade do zinco metálico é importante. É importante fornecer atributos especiais em aplicações de peças e ferragens automotivas.

Essas peças exigem grande precisão produzida por meio de densidade precisa. Assim, as peças têm maior resistência e durabilidade.

Da mesma forma, para fabricar peças que possam suportar altas tensões, é necessário manter a consistência da densidade.

Conclusão

Entre as propriedades exclusivas do zinco metálico, a densidade é importante para várias aplicações. As demais são a configuração eletrônica e a estrutura cristalina. O controle e a exploração da temperatura, da pressão e das impurezas garantem a consistência do zinco. Isso é vital, desde ligas industriais até lastro marinho. Esse conhecimento mostra que a densidade do zinco pode ser afetada por vários elementos. Sua manutenção proporciona resultados consistentes e de alta qualidade.