Плотность металлического цинка измеряет массу цинка на единицу объема. Плотность металлического цинка составляет около 7,14 г/см³ при комнатной температуре. Это означает, что каждый кубический сантиметр цинка весит 7,14 грамма. Цинк - относительно тяжелый металл по сравнению с другими, такими как алюминий, но легче, чем такие металлы, как свинец. Он широко используется в гальванике, батареях и сплавах.

Давайте изучим плотность металлического цинка и то, как он работает. Узнайте об их особых критериях и областях применения.

Понимание свойств цинкового металла

Что такое цинк и его основные свойства?

Цинк - 24-й металл в земной коре. Он имеет блестящие подходы с голубовато-белым оттенком. Этот металл широко доступен. Устойчивость к коррозии, долговечность и литье - вот уникальные свойства, которыми обладает цинковый сплав. Поэтому он является жизненно важным элементом в производстве

Электронная конфигурация цинка

В цинке существует электронная конфигурация [Ar]3d10 4s2. Это соответствует его 30 электронам. У него есть два электрона внешней оболочки, что снижает реакционную способность цинка. В результате цинк не ржавеет и не ржавеет легко.

Металлическая связь в цинке

Металлические связи удерживают атомы цинка вместе. Это означает, что цинковые связи пластичны и податливы. Пластичность означает способность растягиваться в проволоку.

Аналогично, податливость означает, что его можно бить молотком и превращать в тонкий лист. Именно поэтому цинк подходит для производства различных вещей, в том числе батарей и покрытий.

Физические свойства цинка

Если говорить о физических свойствах, то цинк имеет температуру кипения 907°C и температуру плавления 419,5°C. Кроме того, этот слиток хорошо проводит тепло благодаря теплопроводности 116 Вт/м-К.

Удельное электрическое сопротивление цинкового слитка составляет 59,0 нΩ. Это делает его умеренным проводником электричества. Однако он не так хорош, как медь или серебро.

Кристаллографические данные цинка

Цинк имеет кристаллическую структуру. Это гексагональная плотная упаковка (HCP). Параметры решетки варьируются от 266,5 пм до c = 494,7 п. Имеется пространственная группа P63/mmc. Причина прочности и стабильности цинка заключается в его структуре.

Источники и виды цинка в природе

Геохимические процессы

Цинк можно найти в земной коре и сформировать из него рудные месторождения. Для этого важны геохимические процессы. В этом методе горячая жидкость проходит через горные породы, чтобы отделить содержание цинка.

Минералогия цинковых руд

Рудные залежи в итоге содержат сфалерит (ZnS), смитсонит (ZnCO3) и гемиморфит (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Среди них, как правило, часто встречается сфалерит. Он также присутствует в других сплавах, таких как свинец и серебро.

Добыча и извлечение цинка

Металлисты используют горные технологии для извлечения металлического цинка из рудных месторождений. Они дробят и нагревают руду в процессе обжига или восстановления.

Химические реакции помогают получить цинк из руд. К ним относятся:

• Сфалерит: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Смитсонит: ZnCO3 → ZnO + CO2

Плотность металла цинка объясняется

Какова плотность цинка в кг/м3?

При комнатной температуре плотность цинка достигает 7 140 кг/м³. Таким образом, в пересчете на кубический вес один его метр составляет около 7 140 кг.

Плотность очень важна для определения плотности расположения атомов. Они упакованы в материал.

Эффективность упаковки атомов в решетке HCP

Атомы в структуре HCP цинка расположены слоями. Атомы плотно прилегают друг к другу. Это делает цинк плотным слитком. Например, эффективность упаковки атомов в HCP составляет 74%. Это означает, что 74% пространства цинка занято атомами, а остальное пустое.

Сравнение плотности с другими металлами

• Плотность алюминия составляет 2 700 кг/м³.
• Плотность железа составляет 7 870 кг/м³.
• Плотность меди составляет 8,960 кг/м³.

По сравнению с алюминием, цинк - гораздо более плотный сплав. Однако он обладает меньшей плотностью, чем железо и медь.

Поэтому цинковые сплавы хорошо сочетаются с литьем. При этом необходим баланс между весом и прочностью.

Расчет теоретической плотности

Для расчета теоретической плотности цинка вам понадобятся параметры решетки и атомной массы. Теоретическая формула плотности может быть:

Здесь элемент Z обозначает количество атомов в единичной ячейке. M означает атомную массу. Между тем, Vc показывает объем элементарной ячейки, а Na - число Авогадро.

Сравнение плотности расплавленного цинка с плотностью цинковой пыли

Межатомные расстояния и пустотное пространство

Когда вы плавите цинк, его атомы свободно перемещаются. Таким образом, увеличивается пустое пространство. Это увеличивает межатомное пространство и уменьшает плотность. Например, при плавлении цинка при 500 °C плотность уменьшается до 6 600 кг/м³.

Плотность цинковой пыли

Цинковая пыль представляет собой мельчайшие частицы цинка. Плотность цинковой пыли обычно ниже, чем у настоящего или чистого металлического цинка. Это объясняется наличием воздушных зазоров между ними.

Это означает, что площадь поверхности и размер частиц определяют плотность. Например, если металл содержит более мелкие частицы, он имеет больше пространства, что приводит к увеличению воздушных зазоров. Как следствие, плотность ниже.

Экспериментальные данные по плотности расплавленного цинка

Повышение температуры вызывает уменьшение плотности. Именно так работают экспериментальные данные по цинку.

Например, плотность при 500°C увеличивается до 6 600 кг/м³. В то же время при повышении температуры выше 800°C плотность уменьшается (6 200 кг/м³).

Изучение плотности цинкового сплава и его соединений

Цинковые сплавы и их плотность

Металл цинк можно комбинировать с другими металлами, создавая уникальные формы сплавов. Распространенными сплавами цинка являются замак и латунь.

Сплавы Zamak предназначены для использования во многих литых деталях, таких как автомобильные компоненты и игрушки. А сочетание цинка и меди в латуни делает ее пригодной для изготовления музыкальных инструментов и сантехники.

Состав и плотность сплава

Плотность металлического цинка также определяется основой его легирующих элементов. Например,

• Плотность замака 3 составляет 6,6 г/см³. В нем содержится 96% цинка, 4% алюминия, а также следовые количества магния и меди.
• Латунные сплавы состоят из 70% Cu и 30% Zn. Поэтому его плотность составляет 8,5 г/см³.

Добавление частиц алюминия в цинковый сплав делает его более легким. Аналогично, медь способствует повышению плотности латуни.

Влияние легирующих элементов на кристаллическую решетку

Состав цинка с другими сплавами может изменять положение его атомов (замещение) или заменить их. Он также может помещаться между ними (интерстициальный).

Замещающее вещество (медь) изменяет размер решетки. Это влияет на ее плотность. Решетка становится плотнее при добавлении междоузельных элементов, таких как углерод. Это увеличивает его плотность.

Соединения цинка и их плотность

Кристаллические структуры и связь

Соединения, образуемые цинком, - это оксид цинка (ZnO) и сульфид цинка (ZnS). Их кристаллическая структура отличается. Это связано с тем, что оксид цинка имеет гексагональную структуру. В то время как сульфид цинка встречается как в кубической, так и в гексагональной форме.

Влияние связи на плотность

Тип связи влияет на плотность металлического цинка. Оксид цинка состоит из ионных связей. Его плотность составляет около 5,6 г/см³.

Между тем, сульфид цинка приобретает ковалентную связь. В результате они становятся менее плотными - около 4,1 г/см³.

Факторы, влияющие на плотность металлического цинка

Зависимость плотности цинка от температуры

При повышении температуры плотность цинка уменьшается. При температуре 500 °С его плотность падает до 6 600 кг/м³. Причина - повышенные колебания атомов.

Вы узнаете о его важности в промышленных процессах. В них контролируемая температура обеспечивает постоянную плотность.

Зависимость плотности цинка от давления

Повышенное давление сжимает атомы, устраняя зазоры. Поэтому плотность цинка немного увеличивается. Этот метод полезен при изготовлении деталей, находящихся под высоким давлением, например, глубоководного оборудования.

Взаимосвязь выглядит следующим образом:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

В этом параметре ρ0 обозначает начальную плотность, Κ - сжимаемость, а давление обозначается P.

Примеси и их влияние на плотность цинка

Присутствие примесей в цинке является причиной изменения плотности. Например, свинец, железо и кадмий. Тяжелые примеси увеличивают плотность, а легкие часто уменьшают ее.

Важно контролировать примеси. Так вы сможете сохранить плотность деталей.

Контроль плотности в промышленных приложениях

Контроль процесса включает в себя мониторинг различных аспектов. Например, температуры, давления и примесей. Параметры контроля качества позволяют соответствовать стандарту плотности цинка.

Неправильный контроль приводит к нежелательным изменениям плотности. Она может варьироваться до 2%. Это также влияет на характеристики при нанесении покрытий и литье.

Измерение и расчет плотности металлического цинка

Методы измерения плотности

Существует множество способов измерения плотности цинка. В частности, наиболее часто используются принцип Архимеда, газовый пикнометр и рентгеновская дифракция. Однако каждый метод подходит для конкретных проектов и типов образцов.

Принцип Архимеда

При использовании этой техники производители погружают образец цинка в воду. Они измеряют объем вытесненной воды.

Этот метод лучше всего подходит для твердых или непористых образцов. Плотность можно узнать по этой формуле:

Газовый пикнометр

В газовом пикнометре производители определяют вытеснение газа для измерения объема. В основном они используют этот процесс для пористых или неровных образцов. Это связано с его возможностями для проведения исследований и контроля качества.

Рентгеновская дифракция

В случае измерения плотности рентгеновская дифракция (XRD) анализирует кристаллическую структуру цинка. Этот процесс применим для изучения цинковых сплавов и их соединений.

Сравнение методов

• Принципы Архимеда подходят для твердых образцов.
• Газовая пикнометрия хорошо сочетается с пористыми образцами.
• Рентгеновская дифракция полезна для детального анализа.

Применение металлического цинка Плотность

Применение плотности в балласте и противовесах

Плотность цинка используется в таких областях, как балласт и противовесы. Балласт служит для увеличения веса кораблей, занимая достаточное пространство. Таким образом, корабль приобретает устойчивость. Аналогичным образом противовесы эффективно уравновешивают нагрузки в таких системах, как лифты и машины.

Роль плотности цинка в литье под давлением

На сайте литьё под давлением цинкаПлотность металла цинка имеет значение. Это важно для обеспечения специальных свойств при применении автомобильных деталей и фурнитуры.

Эти детали требуют высокой точности, обеспечиваемой точной плотностью. Таким образом, детали обладают повышенной прочностью и долговечностью.

Аналогично, для изготовления деталей, способных выдерживать высокие нагрузки, необходимо поддерживать постоянство плотности.

Заключение

Среди уникальных свойств металлического цинка важное значение для различных применений имеет плотность. Остальные свойства - это электронная конфигурация и кристаллическая структура. Контроль и изучение температуры, давления и примесей обеспечивают постоянство цинка. Это жизненно важно, от промышленных сплавов до морского балласта. Эта часть знаний показывает, что на плотность цинка могут влиять несколько элементов. Ее поддержание дает высококачественные и стабильные результаты.