Zinek je chemický prvek, který má nízkou teplotu tání a tuhnutí. Při jeho tavení se uvolňuje velké množství tepla. V tomto článku se podíváme na to, kolik tepla se uvolní při tvrdnutí 5 kg zinku při jeho teplotě tání.
Před odpovědí na tuto otázku je třeba pochopit terminologii. Tvrdnutí je proces, při kterém se látka v kapalném stavu přemění na pevnou látku. K tomu dochází při určité teplotě, což je teplota tání látky. U zinku je tato teplota kolem 419 stupňů Celsia.
Teplo uvolněné při vytvrzování látky se nazývá tuhnutí tepla. Pro výpočet tuhnutí tepla zinku je nutné použít rovnici výměny tepla:
kde Q - množství tepla uvolněného při vytvrzování zinku, m - hmotnost zinku, c - specifická tepelná kapacita zinku a ΔT - změna teploty.
Upřesníme údaje: hmotnost zinku je 5 kg, měrná tepelná kapacita zinku je 0,386 kJ/(kg * °C) a změna teploty je rozdíl mezi teplotou tání a pokojovou teplotou, která se rovná 20 stupňům Celsia.
Tepelné procesy při vytvrzování zinku
Při vytvrzování zinku se uvolňuje určité množství tepla. Pro výpočet této hodnoty se používá vzorec:
kde Q je množství tepla, m je hmotnost reagující látky, ΔH je molární reakční teplo.
U zinku je molární tuhnutí tepla asi 115 kJ/kg.
Řekněme, že máme 5 kg zinku a je ve stavu tání. K výpočtu množství přiděleného tepla při jeho tuhnutí použijeme vzorec:
Q = m * ΔH = 5 kg * 115 kJ/kg = 575 kj.
Tímto způsobem bude při tvrdnutí 5 kg zinku při jeho teplotě tání uvolněno 575 kj tepla.
Jaké teplo se uvolní?
Pro stanovení množství uvolněného tepla při tvrdnutí 5 kg zinku je nutné znát teplo tání této látky. Teplota tání zinku je přibližně 419 stupňů Celsia.
Vzorec pro výpočet izolačního tepla při tvrdnutí látky je následující:
- Q - teplo výtoku (J);
- m - hmotnost látky (kg);
- ΔH-měrné teplo tání (J/kg).
Měrné teplo tání zinku je asi 11 600 J / kg. vložením známých hodnot do vzorce získáme:
Q = 5 * 11600 = 58000 J.
Při tvrdnutí 5 kg zinku při jeho teplotě tání se tedy uvolní přibližně 58 000 J tepla.
Hmotnost a teplota tání zinku
Hmotnost zinku má velký význam při výpočtu energie uvolněné při jeho tvrdnutí. Podle tabulky atomových hmotností je molární hmotnost zinku asi 65.38 g/mol. Jednotky měření hmotnosti závisí na použitém systému metrických jednotek, ale pro tento případ budeme počítat, že hmotnost zinku je 5 kg.
Teplota tání zinku je přibližně 419,5 °C. To znamená, že při zahřátí zinku na tuto teplotu se stane tekutým. Pokud se při této teplotě začne ochlazovat, zinek bude opět tuhý. Vytvrzování zinku je proces, který je obrácen k jeho tavení, a přitom se uvolňuje určité množství tepla.
Teplo uvolněné při tvrdnutí 5 kg zinku při jeho teplotě tání lze vypočítat pomocí vzorce:
kde Q je teplo uvolněné tvrdnutím (v joulech), m je hmotnost zinku (v kilogramech), ΔH je specifické teplo tání zinku (v joulech na gram).
Kolik zinku potřebujete k vytvrzení?
K určení množství zinku potřebného k tvrdnutí je třeba vzít v úvahu, že k tvrdnutí zinku dochází při jeho teplotě tání. Potřebné množství zinku lze tedy vypočítat s přihlédnutím k následujícím faktorům:
- Hmotnost zinku, kterou je třeba vytvrdit.
- Teplota tání zinku.
- Teplo vytvrzování zinku.
Pokud se například k vytvrzení 5 kg zinku při jeho teplotě tání uvolní určité množství tepla, pak lze k určení požadovaného množství zinku použít následující vzorec:
Potřebné množství zinku = (hmotnost zinku, kterou je třeba vytvrdit) /(hmotnost zinku, která během vytvrzování uvolňuje určité množství tepla)
Pro vypočítané množství zinku lze tedy použít vzorec k určení požadované hmotnosti zinku k vytvrzení.
Praktické aplikace
1. Ochrana proti korozi
Zinek je široce používán v procesu galvanizace k ochraně kovových výrobků před korozí. Při kontaktu se zinkem se na povrchu kovu vytvoří tenký film oxidu zinečnatého, který zabraňuje kontaktu s okolím a zpomaluje proces koroze. To umožňuje výrazně prodloužit životnost výrobků vyrobených ze zinkové oceli, například ve stavebnictví a automobilovém průmyslu.
2. Součást slitin
Zinek se používá jako součást různých slitin. Zlepšuje jejich mechanické vlastnosti, jako je pevnost a tvrdost. Slitiny na bázi zinku jsou široce používány při odlévání, výrobě baterií, nákladních materiálů a také při výrobě různých složitých dílů v leteckém a lodním průmyslu.
3. Použití v bateriích
Jednou z nejznámějších aplikací zinku je jeho použití v alkalických bateriích. Zinková elektroda reaguje s elektrolytem a vytváří elektrický proud. Baterie se zinkovou katodou mají vysokou energetickou hustotu a stabilní provoz v širokém rozsahu teplot.
Zinek má mnoho praktických aplikací díky svým jedinečným vlastnostem. Nachází uplatnění v ochraně proti korozi, výrobě slitin a baterií. Studium fyzikálních a chemických vlastností zinku umožňuje zlepšit jeho technologické procesy a najít nové aplikace tohoto důležitého kovu.