Цинк - физико-химические свойства металла

Цинк - элемент второй группы периодической системы элементов Менделеева, его порядковый номер 30, атомный вес 65,37.

Цинк - голубовато-серебристый блестящий металл средней твердости. При хранении на воздухе металл тускнеет благодаря образованию тонкого, но плотного слоя окисла, который защищает металл от дальнейшего окисления.

Плотность твердого цинка 7,133 (20°), жидкого 6,66 (419,5°), 6,59 (500°), 6,50 (600°). Температура плавления 419,5°С, температура кипения 906°. Поверхностное натяжение (дин/см): 780 (419,5°С), 778 (500°С), 764 (600°С), 754 (670°С).

Твердость цинка по Бринеллю - 40-50 кГ/мм2, но она, как и другие механические свойства, сильно зависит как от чистоты металла, так и способа обработки образца. Металл высокой чистоты пластичен, и его можно прокатывать в листы и тонкую фольгу. В то же время металл технической чистоты на холоду не пластичен, но становится таковым при нагреве до 100-250°С.

Потенциал окисления цинка - 0,7618 в, он более отрицателен, чем у железа, поэтому при контакте железа с цинком в первую очередь окисляется именно цинк. Цинк защищает железо даже на расстоянии в несколько мм. В свою очередь, цинк защищается от окисления за счет плотных продуктов окисления. В чисто кислородной среде образуется плотный оксид цинка, в воздушной среде с нормальным или с повышенным содержанием углекислого газа - плотный слой состава Zn(CO₂)y(H₂O)1-y, где у находится в пределах от 0,13 до 0,16.

В воде достаточной жесткости (более 60 мг Са/л) поверхность оцинкованного изделия защищается также за счет образования плотной пленки карбоната кальция. Такая же пленка содействует устойчивой работе оцинкованных изделий и в морской воде, где остальные факторы действуют в противоположном направлении. Наоборот, в мягкой воде и тем более в обессоленной воде карбонатная пленка не образуется, а  имеющаяся  карбонатная  пленка  постепенно  уменьшается.

Кроме того, в температурном интервале 60-90°С происходит изменение катодной защиты на анодную, что приводит к ускоренному разрушению цинкового покрытия. Поэтому оцинкованные трубы не рекомендуются для горячего водоснабжения. Однако при наличии достаточной жесткости воды процессы разрушения цинкового покрытия остаются относительно небольшими.

Ситуация с оцинкованными трубами и почвой неоднозначная. В почвах без примесей органических остатков сопротивляемость коррозии значительна, но иное происходит, если в почве содержится древесный уголь. При контакте цинк - содержащих изделий с частичками угля образуются короткозамкнутые электродные пары, и коррозия идет с очень большой скоростью.

Несмотря на то, что цинк является очень активным элементом, в ряде случаев возможно наличие контактов разнородных металлов (один из них – цинк) в одном изделии.

Термодинамические свойства металлического цинка:

• удельная теплоемкость – 0,382 kJ/kg.K
• скрытая теплота плавления (419,5°С) 100,9 kJ/kg.K
• скрытая теплота испарения (906°С) 1,782 MJ/kg
• теплоемкость жидкого цинка 31,40 J/mol
• газообразного цинка 20,80  J/mol
• линейный коэффициент термического расширения (20-400°C) μm/m.K
• объемный коэффициент термического расширения (20-400°C) 0.89*10(6) / К
• теплопроводность (18°С)
• электропроводность (20°С) 5,9 Ώm
• стандартный  электродный  потенциал  (по  отношению  к водородному электроду)   - 0,762 V
• энтальпия испарения 114,2 kJ/mol

• Комбинированный метод защиты металла
• Состав электролитов цинкования и их режимы
• Рекомендации по дизайну изделий, подготовленных к горячему цинкованию
• Цинкование электролитическим способом
• Защита металла от коррозии