Zinkmetallens densitet mäter massan av zink per volymenhet. Zinkmetall har en densitet på cirka 7,14 g/cm³ vid rumstemperatur. Det innebär att varje kubikcentimeter zink väger 7,14 gram. Zink är en relativt tung metall jämfört med andra metaller som aluminium, men lättare än metaller som bly. Den används ofta i galvanisering, batterier och legeringar.

Låt oss utforska zinkmetallens densitet och hur den fungerar. Lär dig mer om deras särskilda kriterier och tillämpningar.

Förstå zinkmetallens egenskaper

Vad är zink och dess viktigaste egenskaper?

Zink är den 24:e metallen i jordskorpan. Den har blanka ytor med ett blåvitt utseende. Denna metall är allmänt tillgänglig. Korrosionsbeständighet, hållbarhet och gjutning är de unika egenskaperna som zinklegeringen innehåller. Så det är ett viktigt element i tillverkningen

Elektronisk konfiguration av zink

Det finns [Ar]3d10 4s2 elektronisk konfiguration i zink. Det motsvarar dess 30 elektroner. Den har två yttre skalelektroner, vilket minskar zinkreaktionen. Som ett resultat rostar eller korroderar zink inte lätt.

Metallisk bindning i zink

Metallbindningar håller samman zinkatomerna. Detta innebär att zinkbindningarna är duktila och formbara. Duktilitet avser dess töjbarhet till trådar.

På samma sätt betyder formbar att du kan hamra och förvandla det till en tunn plåt. Det är därför zink lämpar sig för tillverkning av bland annat batterier och ytbeläggningar.

Fysikaliska egenskaper hos zink

På tal om fysikaliska egenskaper har zink en kokpunkt på 907 °C och en smältpunkt på 419,5 °C. Dessutom leder detta göt värme väl tack vare sin värmeledningsförmåga på 116 W/m-K

Det finns 59,0 nΩ elektrisk resistivitet i zinkgöt. Det gör det till en måttlig elektrisk ledare. Den är dock inte lika bra som koppar eller silver.

Kristallografiska data för zink

Zink har en kristallstruktur. Det är hexagonal nära packad (HCP). Dess gitterparametrar sträcker sig från 266,5 pm och c = 494,7 p. Det finns en P63/mmc rymdgrupp. Anledningen till att zink är så starkt och stabilt är dess struktur.

Källor och typer av zink i naturen

Geokemiska processer

Zink finns i jordskorpan och kan bildas i malmfyndigheter. För detta är geokemiska processer viktiga. I den här tekniken rör sig het vätska genom bergarter för att separera zinkinnehållet.

Mineralogi för zinkmalmer

Malmfyndigheter innehåller sphalerit (ZnS), smithsonit (ZnCO3) och hemimorfit (Zn4Si2O7(OH)2-H2O).

Bland dem är sfalerit vanligtvis vanligt förekommande. Den förekommer också i andra legeringar som bly och silver.

Gruvdrift och utvinning av zink

Metallarbetare använder gruvteknik för att utvinna zinkmetall från malmfyndigheter. De krossar och värmer malmen genom rostnings- eller reduktionsprocessen.

Kemiska reaktioner hjälper till att utvinna zink ur malm. Det finns flera sådana:

• Sphalerit: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
• Smithsonite: ZnCO3 → ZnO + CO2

Zinkmetallens densitet förklarad

Vad är zinkdensitet i kg/m3?

Vid rumstemperatur är zinkens densitet upp till 7.140 kg/m³. Omräknat till kubikvikt är en meter alltså cirka 7 140 kg.

Densitet är mycket viktigt för att veta hur tätt atomer sitter. De är packade i ett material.

Packningseffektivitet för atomer i HCP-gitter

Atomerna i HCP-strukturen hos zink är ordnade i lager. Atomerna sitter tätt ihop. Det gör zink till ett tätt göt. Till exempel har HCP en atomär packningseffektivitet på 74%. Detta innebär att 74% av zinkutrymmet har atomer och resten är tomt.

Densitetsjämförelse med andra metaller

• Aluminium har en densitet på 2.700 kg/m³.
• Järn har en densitet på 7 870 kg/m³.
• Koppar har en densitet på 8.960 kg/m³.

I jämförelse med aluminium är zink en mycket tätare legering. Den innehåller dock mindre densitet än järn och koppar.

Därför passar zinklegeringar bra för gjutningstillämpningar. Det kräver en balans mellan vikt och styrka.

Teoretisk densitetsberäkning

Du behöver parametrar för gitter och atommassa för att beräkna zinks teoretiska densitet. Den teoretiska formeln för densitet kan vara:

Här representerar elementet Z atomantal per cellenhet. M står för atommassa. Samtidigt visar Vc cellvolym och Na är ett antal Avogadros.

Jämförelse mellan smält zinks densitet och zinkdammets densitet

Interatomiskt avstånd och tomrum

När du smälter zink rör sig dess atomer fritt. Så det finns mer tomrum. Detta ökar det interatomära utrymmet och minskar densiteten. Om man t.ex. smälter zink vid 500°C minskar densiteten till 6 600 kg/m³.

Zinkdamm Densitet

Zinkdamm består av små partiklar av zink. Densiteten för zinkdamm är vanligtvis lägre än för faktisk eller ren zinkmetall. Detta beror på att det finns luftgap mellan dem.

Det innebär att ytarean och storleken på partiklarna avgör densiteten. Om metallen till exempel innehåller mindre partiklar har den större utrymme, vilket leder till fler luftspalter. Densiteten blir därför lägre.

Experimentella data om densitet för smält zink

Temperaturökningen orsakar en minskning av densiteten. Det är så de experimentella data fungerar på zink.

Till exempel ökar densiteten vid 500°C upp till 6 600 kg/m³. Samtidigt minskar densiteten (6.200 kg/m³) när temperaturen höjs till över 800°C.

Utforska zinklegeringars densitet och sammansättningar

Zinklegeringar och deras densitet

Zinkmetall kan kombineras med andra metallers innehåll för att skapa sina unika legeringsformer. De vanligaste zinklegeringarna är Zamak och mässing.

Zamaklegeringar är utformade för att användas i många gjutna delar, som bilkomponenter och leksaker. Samtidigt gör kombinationen av zink och koppar i mässing att den lämpar sig för musikinstrument och VVS.

Legeringens sammansättning och densitet

Densiteten hos zinkmetall bestäms också av basen av dess legeringselement. Till exempel,

• Zamak 3 har en densitet på 6,6 g/cm³. Det innehåller 96% zink, 4% aluminiuminnehåll och andra spårmängder av magnesium och koppar.
• Mässingslegeringar består av 70% Cu och 30% Zn. Så det bildar en densitet på 8,5 g/cm³

Tillsatsen av aluminiumpartiklar i zinklegeringen gör den till ett lättare alternativ. På samma sätt bidrar koppar till att göra mässing tätare.

Effekt av legeringselement på kristallgitter

Sammansättningen av zink med andra legeringar kan ändra positionerna för dess atomer (substitutionell) eller ersätta dem. Den kan också passa in mellan dem (interstitiell).

Substitutionellt innehåll (koppar) ändrar gitterstorleken. Det är därför dess densitet påverkas. Gittret blir tätare med tillsats av interstitiella element som kol. Det ökar dess densitet.

Zinkföreningar och deras densitet

Kristallstrukturer och bindningar

De föreningar som bildas av zink är zinkoxid (ZnO) och zinksulfid (ZnS). Deras kristallstruktur är olika. Detta beror på att zinkoxid visar en hexagonal struktur. Samtidigt förekommer zinksulfid i både kubisk och hexagonal form.

Inflytande av bindning på densitet

Bindningstypen påverkar zinkmetallens densitet. Zinkoxid består av jonisk bindning. Det ger en densitet på cirka 5,6 g/cm³.

Samtidigt får zinksulfiden en kovalent bindning. De blir mindre täta, cirka 4,1 g/cm³, som ett resultat av detta.

Faktorer som påverkar zinkmetallens densitet

Temperaturberoende av zinkdensitet

En ökning av temperaturen leder till att zinkens densitet minskar. Vid en temperatur på 500°C sjunker densiteten till 6.600 kg/m³. Anledningen är dess ökade atomvibrationer.

Du kommer att få reda på dess betydelse i industriella processer. Där den kontrollerade temperaturen ger en jämn densitet.

Zinkdensitetens tryckberoende

Det högre trycket pressar atomerna närmare varandra och tar bort mellanrummen. Det är därför zinkens densitet ökar något. Denna teknik är fördelaktig vid tillverkning av delar som utsätts för högt tryck, t.ex. djuphavsutrustning.

Förhållandet ser ut på följande sätt:

ρ(P)=ρ0 ×(1+κ(P-P0))

I denna parameter anger ρ0 initial densitet, Κ är kompressibilitet och tryck visas med P.

Föroreningar och deras inverkan på zinkens densitet

Förekomsten av föroreningar i zink är orsaken till densitetsförändringarna. Till exempel bly, järn och kadmium. Föroreningar som är tunga ökar densiteten, medan de lättare ofta minskar den.

Det är viktigt att kontrollera föroreningar. Så att du kan bibehålla delarnas densitet.

Densitetskontroll i industriella tillämpningar

Processtyrning innebär övervakning av olika aspekter. Till exempel temperatur, tryck och föroreningar. Parametrar för kvalitetskontroll gör att du kan uppfylla densitetsstandarden för zinkapplikationer.

Felaktig kontroll ger oönskade förändringar i densitet. Det kan variera upp till 2%. Detta påverkar också prestandan vid beläggning och gjutning.

Mätning och beräkning av zinkmetallens densitet

Tekniker för mätning av densitet

Det finns många sätt att mäta zinkdensitet. I synnerhet används Archimedes princip, gaspyknometer och röntgendiffraktion mest. Varje metod lämpar sig dock för specifika projekt och provtyper.

Arkimedes princip

Med hjälp av denna teknik sänker tillverkarna ner ett zinkprov i vatten. De mäter volymen av vattenförskjutningen.

Denna teknik fungerar bäst för fasta eller icke-porösa prover. Du kan få reda på densiteten med hjälp av denna formel:

Gas-pyknometer

I gaspyknometrar detekterar tillverkarna gasförskjutning för att mäta volymen. De använder oftast denna process för porösa eller oregelbundna prover. Det är på grund av dess förmåga att göra forskning och kvalitetskontroll.

Röntgendiffraktion

Vid mätning av densitet analyseras zinkens kristallstruktur med hjälp av röntgendiffraktion (XRD). Denna process är användbar för att studera zinklegeringar och deras föreningar.

Jämförelse av metoder

• Arkimedes principer passar för fasta prover.
• Gaspyknometri fungerar bra med porösa prover.
• Röntgendiffraktion är användbart för detaljerad analys.

Tillämpning av zinkmetallens densitet

Densitetstillämpningar i ballast och motvikter

Applikationer som ballast och motvikter drar nytta av zinkens densitet. Ballast ger tyngd åt fartyg och tar upp tillräckligt med utrymme. På så sätt får fartyget stabilitet. På samma sätt balanserar motvikter belastningarna effektivt i applikationer som hissar och maskiner.

Zinkdensitetens roll vid pressgjutning

I pressgjutning av zink, zinkmetallens densitet spelar roll. Det är viktigt att tillhandahålla speciella egenskaper i tillämpningar av bildelar och hårdvara.

Dessa delar kräver omfattande noggrannhet som produceras med exakt densitet. Delarna har därför bättre hållfasthet och hållbarhet.

På samma sätt är det nödvändigt att bibehålla densitetskonsistensen för att tillverka delar som tål hög belastning.

Slutsats

Bland de unika egenskaperna hos zinkmetall är densiteten viktig för olika tillämpningar. Resten är elektronisk konfiguration och kristallstruktur. Genom att kontrollera och utforska temperatur, tryck och föroreningar säkerställs zinkens beständighet. Det är avgörande för allt från industriella legeringar till marin ballast. Denna kunskap visar att zinkens densitet kan påverkas av flera olika faktorer. Genom att bibehålla den får man högkvalitativa och konsekventa resultat.