Densitatea zincului metalic măsoară masa de zinc pe unitatea de volum. Zincul metalic are o densitate de aproximativ 7,14 g/cm³ la temperatura camerei. Aceasta înseamnă că pentru fiecare centimetru cub de zinc, acesta cântărește 7,14 grame. Zincul este un metal relativ greu în comparație cu altele precum aluminiul, dar mai ușor decât metale precum plumbul. Este utilizat în mod obișnuit în galvanizare, baterii și aliaje.

Să explorăm densitatea metalelor de zinc și modul în care funcționează. Aflați despre criteriile și aplicațiile lor specifice.

Înțelegerea proprietăților zincului metalic

Ce este zincul și proprietățile sale cheie?

Zincul este al 24-lea metal din scoarța terestră. Are abordări lucioase cu un aspect alb-albăstrui. Acest metal este disponibil în mod obișnuit. Rezistența la coroziune, durabilitatea și turnarea sunt caracteristicile unice pe care le conține aliajul de zinc. Deci, este un element vital în fabricație

Configurația electronică a zincului

Există o configurație electronică [Ar]3d10 4s2 în zinc. Aceasta corespunde celor 30 de electroni ai săi. Acesta are doi electroni din învelișul exterior, reducând reacția zincului. Ca urmare, zincul nu ruginește sau nu corodează ușor.

Legătura metalică în zinc

Legăturile metalice țin atomii de zinc împreună. Aceasta înseamnă că legăturile de zinc sunt ductile și maleabile. Ductilitatea se referă la capacitatea sa de a se întinde în fire.

În mod similar, maleabil înseamnă că îl puteți ciocăni și transforma într-o foaie subțire. Acesta este motivul pentru care zincul este potrivit pentru fabricarea diferitelor lucruri, inclusiv baterii și acoperiri.

Proprietățile fizice ale zincului

Vorbind despre proprietățile fizice, zincul are un punct de fierbere de 907°C și un punct de topire de 419,5°C. De asemenea, acest lingou conduce bine căldura datorită conductivității sale termice de 116 W/m-K

Rezistivitatea electrică a lingoului de zinc este de 59,0 nΩ. Acest lucru îl face un conductor electric moderat. Cu toate acestea, nu este la fel de bun ca cuprul sau argintul.

Date cristalografice ale zincului

Zincul are o structură cristalină. Acesta este hexagonal close-packed (HCP). Parametrii rețelei sale variază de la 266,5 pm și c = 494,7 p. Există un grup spațial P63/mmc. Motivul pentru care zincul este atât de puternic și stabil este structura sa.

Surse și tipuri de zinc în natură

Procese geochimice

Zincul se găsește în scoarța terestră și se poate forma în zăcăminte de minereuri. Pentru aceasta, procesele geochimice sunt importante. În această tehnică, fluidul fierbinte este deplasat prin roci pentru a separa conținutul de zinc.

Mineralogia minereurilor de zinc

Rezultatul zăcămintelor de minereuri conține sphalerit (ZnS), smithsonit (ZnCO3) și hemimorfit (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Printre acestea, defaleritul se găsește de obicei în mod obișnuit. De asemenea, este prezent în alte aliaje precum plumbul și argintul.

Mineritul și extracția zincului

Metalurgiștii utilizează tehnici miniere pentru a extrage metalul zinc din zăcăminte de minereu. Ei zdrobesc și încălzesc minereurile prin procesul de prăjire sau reducere.

Reacțiile chimice ajută la obținerea zincului din minereuri. Există:

• Sofalerit: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonită: ZnCO3 → ZnO + CO2

Explicarea densității zincului metalic

Care este densitatea zincului în kg/m3?

La temperatura camerei, densitatea zincului este de până la 7,140 kg/m³. Astfel, în ceea ce privește greutatea sa cubică, un metru variază în jurul valorii de 7,140 kg.

Densitatea este foarte importantă în cunoașterea etanșeității atomilor. Aceștia sunt împachetați într-un material.

Eficiența împachetării atomice în rețeaua HCP

Atomii din structura HCP a zincului sunt dispuși în straturi. Atomii se potrivesc strâns între ei. Aceasta face ca zincul să fie un lingou dens. De exemplu, HCP are o eficiență de ambalare atomică de 74%. Aceasta înseamnă că 74% din spațiul zincului are atomi, iar restul este gol.

Compararea densității cu alte metale

• Aluminiul are o densitate de 2.700 kg/m³.
• Fierul are o densitate de 7,870 kg/m³.
• Cuprul are o densitate de 8,960 kg/m³.

În comparație cu aluminiul, zincul este un aliaj mult mai dens. Cu toate acestea, conține mai puțină densitate decât fierul și cuprul.

Ca urmare, aliajele de zinc se potrivesc bine cu aplicațiile de turnare. Aceasta necesită un echilibru între greutate și rezistență.

Calculul densității teoretice

Aveți nevoie de parametrii rețelei și de masa atomică pentru a calcula densitatea teoretică a zincului. Formula teoretică a densității poate fi:

Aici, elementul Z reprezintă numărul de atomi pe unitate de celulă. M este pentru masa atomică. Între timp, Vc arată volumul unității de celulă, iar Na este un număr de Avogadro.

Compararea densității zincului topit cu densitatea prafului de zinc

Spațiul interatomic și spațiul vid

Când topești zincul, atomii acestuia se mișcă liber. Astfel, există mai mult spațiu gol. Acest lucru crește spațiul interatomic și reduce densitatea. De exemplu, topirea zincului la 500°C reduce densitatea până la 6.600 kg/m³.

Zinc Densitatea prafului

Praful de zinc reprezintă particule mici de zinc. Densitatea prafului de zinc este de obicei mai mică decât cea a zincului metalic real sau pur. Acest lucru se datorează faptului că există goluri de aer între ele.

Aceasta înseamnă că suprafața și dimensiunea particulelor dictează densitatea. De exemplu, dacă metalul conține particule mai mici, are mai mult spațiu, ceea ce duce la mai multe goluri de aer. În consecință, densitatea este mai mică.

Date experimentale privind densitatea zincului topit

Creșterea temperaturii determină o scădere a densității. Acesta este modul în care funcționează datele experimentale privind zincul.

De exemplu, densitatea la 500°C crește până la 6.600 kg/m³. În același timp, atunci când creșteți temperatura peste 800°C, densitatea scade (6.200 kg/m³).

Explorarea densității și a compușilor aliajului de zinc

Aliaje de zinc și densitatea lor

Zincul metalic poate fi combinat cu conținutul altor metale pentru a crea formele lor unice de aliaj. Aliajele comune de zinc sunt zamacul și alama.

Aliajele de zamac sunt concepute pentru a fi utilizate în multe piese turnate, cum ar fi componente auto și jucării. Între timp, combinațiile de zinc și cupru din alamă o fac potrivită pentru instrumente muzicale și instalații sanitare.

Compoziția și densitatea aliajului

Densitatea zincului metalic este, de asemenea, determinată de baza elementelor sale de aliere. De exemplu,

• Zamak 3 conține 6,6 g/cm³ densitate. Acesta conține 96% zinc, 4% aluminiu și alte urme de magneziu și cupru.
• Aliajele de alamă constau din 70% Cu și 30% Zn. Astfel, formează o densitate de 8,5 g/cm³

Adăugarea de particule de aluminiu în aliajul de zinc îl face o opțiune mai ușoară. În mod similar, cuprul contribuie la creșterea densității alamei.

Efectul elementelor de aliere asupra rețelei cristaline

Compoziția zincului cu alte aliaje poate schimba poziția atomilor săi (substituțional) sau să le înlocuiască. De asemenea, se poate potrivi între ele (interstițială).

Conținutul substituțional (cupru) modifică dimensiunea rețelei. Acesta este motivul pentru care densitatea este afectată. Rețeaua devine mai strânsă odată cu adăugarea de elemente interstițiale precum carbonul. Aceasta îi crește densitatea.

Compușii de zinc și densitatea lor

Structuri cristaline și legături

Compușii formați de zinc sunt oxidul de zinc (ZnO) și sulfura de zinc (ZnS). Structura lor cristalină este diferită. Acest lucru se datorează faptului că oxidul de zinc prezintă o structură hexagonală. Între timp, sulfura de zinc apare atât în formă cubică, cât și hexagonală.

Influența legăturii asupra densității

Tipul de legătură influențează densitatea zincului metalic. Oxidul de zinc constă în legături ionice. Aceasta dă o densitate de aproximativ 5,6 g/cm³.

Între timp, sulfura de zinc obține o legătură covalentă. Ca urmare, acestea devin mai puțin dense, în jur de 4,1 g/cm³.

Factori care afectează densitatea zincului metalic

Dependența de temperatură a densității zincului

O creștere a temperaturii duce la scăderea densității zincului. Când se confruntă cu temperatura de 500°C, scade până la 6 600 kg/m³. Motivul este creșterea vibrațiilor atomice.

Veți afla importanța sa în procesele industriale. În cazul în care temperatura controlată produce o densitate constantă.

Dependența de presiune a densității zincului

Presiunea mai mare comprimă atomii mai aproape, eliminând golurile. Acesta este motivul pentru care densitatea zincului crește ușor. Această tehnică este benefică în fabricarea pieselor de înaltă presiune, cum ar fi echipamentele de mare adâncime.

Relația arată după cum urmează:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

În acest parametru, ρ0 indică densitatea inițială, Κ este compresibilitatea, iar presiunea este reprezentată de P.

Impurități și efectul lor asupra densității zincului

Prezența impurităților în zinc cauzează modificarea densității. De exemplu, plumbul, fierul și cadmiul. Impuritățile grele cresc densitatea, în timp ce cele ușoare o reduc adesea.

Este important să controlați impuritățile. Astfel încât să puteți menține densitatea pieselor.

Controlul densității în aplicații industriale

Controlul proceselor implică monitorizarea diferitelor aspecte. De exemplu, temperatura, presiunea și impuritățile. Parametrii de control al calității vă permit să îndepliniți standardul de densitate al aplicațiilor de zinc.

Controlul necorespunzător aduce modificări nedorite ale densității. Aceasta poate varia până la 2%. Acest lucru afectează, de asemenea, performanța în timpul acoperirilor și turnărilor.

Măsurarea și calcularea densității zincului metalic

Tehnici de măsurare a densității

Există multe modalități de măsurare a densității zincului. În special, principiul lui Arhimede, picnometrul cu gaz și difracția de raze X sunt cele mai utilizate. Cu toate acestea, fiecare metodă se potrivește anumitor proiecte și tipuri de probe.

Principiul lui Arhimede

Folosind această tehnică, producătorii scufundă o probă de zinc în apă. Ei măsoară volumul de apă deplasat.

Această tehnică funcționează cel mai bine pentru probe solide sau neporoase. Puteți cunoaște densitatea prin această formulă:

Picnometru cu gaz

În picnometrul cu gaz, producătorii detectează deplasarea gazului pentru a măsura volumul. Ei folosesc acest proces mai ales pentru probe poroase sau neregulate. Acest lucru se datorează capacității sale de a face cercetare și control al calității.

Difracție cu raze X

În cazul măsurării densității, difracția de raze X (XRD) analizează structura cristalină a zincului. Acest proces este viabil pentru studierea aliajelor de zinc și a compușilor acestora.

Compararea metodelor

• Principiile lui Arhimede se potrivesc probelor solide.
• Picnometria gazelor se potrivește bine cu probele poroase.
• Difracția de raze X este utilă pentru analiza detaliată.

Aplicarea densității zincului metalic

Aplicații ale densității în balast și contragreutăți

Aplicațiile precum balastul și contragreutățile profită de densitatea zincului. Balastul funcționează pentru a adăuga greutate navelor, ocupând suficient spațiu. Astfel încât nava să obțină stabilitate. În mod similar, contragreutățile echilibrează eficient sarcinile în aplicații precum ascensoare și mașini.

Rolul densității zincului în turnarea sub presiune

În zinc turnat sub presiune, densitatea metalului de zinc contează. Este important să se ofere atribute speciale în aplicațiile de piese auto și hardware.

Aceste piese necesită o acuratețe ridicată, produsă prin densitate precisă. Astfel, piesele au o rezistență și o durabilitate mai bune.

În mod similar, pentru a produce piese care pot suporta solicitări ridicate, este necesar să se mențină consistența densității.

Concluzie

Printre proprietățile unice ale zincului metalic, densitatea este importantă pentru diverse aplicații. Celelalte sunt configurația electronică și structura cristalină. Controlul și explorarea temperaturii, presiunii și impurităților asigură consistența zincului. Acest lucru este vital, de la aliaje industriale la balast marin. Aceste cunoștințe arată că densitatea zincului poate fi afectată de mai multe elemente. Menținerea acesteia oferă rezultate de înaltă calitate și consecvente.