Nama : Elisabeth S. WauNIM: 03101003025Mata Kuliah : Rancangan Pabrik (SP)

BAHAN KONSTRUKSI KIMIA (GERMANIUM)

1. Latar Belakang GermaniumKeberadaan unsur germanium telah ditemukan sekitar 100 tahun yang lalu oleh ahli kimia Rusia, Mendeleev Omitri.Sementara pada tahun 1886, seorang kimiawan Jerman, Clemens Winkler, membuat analisis kimia bijih argyrodite, melihat pada penyelesaian analisisnya bahwa jumlah semua bahan tidak menambahkan ke jumlah sebelumnya. Dalam upaya untuk menemukan substansi yang hilang, ia mengembangkan dan bereksperimen dengan beberapa tes sampai akhirnya ia berhasil mengisolasi itu. Dalam analisis berikutnya ia menemukan bahwa itu cocok deskripsi dari elemen Mendeleev sebelumnya disebut "ekasilicon." Winkler memutuskan untuk memberi nama unsur baru germanium, sebagai penghormatan kepada tanah airnya.Germanium memiliki bebagai manfaat diantaranya adalah germanium sebagai bahan semikonduktor.germanium sebagai bahan semikonduktor biasa digunakan pada peralatan seperti transistor dan diode. Struktur atomnya yang terletak pada golongan IV A sehingga memiliki 4 elektron bebas menyebabkan unsur ini dapat digunakan sebagai bahan semikonduktor. Struktur germanium yang saling berikatan satu sama lain membentuk struktur tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya memungkinkan elektron pada kulit terluar lepas pada suhu tertentu sehingga germanium dapat berubah sifatnya dari bersifat sebagai isolator menjadi konduktor. Oleh karena itu germanium disebut sebagai bahan semikonduktor.

Sifat-sifat fisis Germanium:Radius Atom: 1.37 Volume Atom: 13.6 cm3/molMassa Atom: 74.9216Titik Didih: 3107 KRadius Kovalensi: 1.22 Struktur Kristal: fccMassa Jenis: 5.32 g/cm3Konduktivitas Listrik: 3 x 106 ohm-1cm-1Elektronegativitas: 2.01Konfigurasi Elektron: [Ar]3d10 4s2p2Formasi Entalpi: 31.8 kJ/molKonduktivitas Panas: 59.9 Wm-1K-1Potensial Ionisasi: 7.899 VTitik Lebur: 1211.5 KBilangan Oksidasi: 4Kapasitas Panas: 0.32 Jg-1K-1Entalpi Penguapan: 334.3 kJ/mol

Sifat sifat material logam:Modulus Elastisitas (GPa)103Modulus Shear (GPa)41Bulk Modulus ( GPa)75Kekerasan Mohs6WujudPadatMassa Jenis (gram/cm3)5.323Massa Jenis (Wujud Cair) (gram/cm3)5.6Titik Lebur (K)1211.4Titik Didih (K)3106Kalor Jenis (25) (J/mol K)23.222Resistansi Listrik (20C)1 mKonduktivitas Thermal (W/mK)60.2Pemuaian Thermal (25C) (m/mK)6

2. Pengertian SemikonduktorSemikonduktor adalah suatu material yang memiliki karakteristik diantara konduktor dan isolator. Hal ini dapat dipahami dari karakter energi gap semikonduktor yang berada diantara konduktor dan isolator. Tentunya untuk masing-masing atom atau senyawa memiliki besar energi yang berbeda. Semikonduktor sangat bergantung dari temperatur. Pada temperatur tertentu semikonduktor dapat menghantarkan listrik atau bertindak sebagai konduktor, namun daya hantar atau konduktivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan konduktor. Pada temperatur yang sangat rendah, material semikonduktor akan memiliki karakter seperti insulator. Penambahan jumlah impuritas pada material semikonduktor juga dapat menambah sifat konduktivitas listriknya. Semikonduktor adalah atom yang berisi empat elektron valensi. Karena jumlah elektron valensi di dalam semikonduktor adalah ditengah antara satu (konduktor) dan delapan (isolator) maka atom semikonduktor bukan konduktor yang baik dan bukan isolator yang baik. Bahan semikonduktor yang banyak digunakan adalah silikon (Si), germanium (Ge), dan karbon (C). Silikon dan germanium digunakan untuk membuat komponen-komponen zat padat (solid state), sedangkan karbon terutama untuk membuat resistor dan potensiometer.Bila tidak ada gaya luar yang menyebabkan konduksi, cacah elektron dan proton adalah sama. Karena muatan elektron(negatif) dan proton (positif) adalah sama dan berlawanan maka muatan netto pada atom adalah nol. Bila atom kehilangan elektron valensi maka muatan atom menjadi positif, sebaliknya bila menerima elektron, muatan netto menjadi negatif. Semikonduktor terbagi atas dua yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.

3. Semikonduktor IntrinsikAtom-atom semikonduktor yang mempunyai empat elektron valensi tersusun sebagai kristal tetrahedral oleh adanya ikatan kovalen dengan mekanisme hantarannya digunakan gambaran dua dimensi susunan kristalnya. Lingkaran dengan tanda +4 melukiskan ion semikonduktor yakni atom beserta elektron-elektronnya selain empat elektron valensi. Ikatan kovalen dilukiskan dengan garis lengkung dengan dua elektron valensi di dalamnya. Pada suhu 0 K, elektron valensi terikat erat dengan ikatan kovalen dan tidak ada elektron bergerak bebas. Kalau suhu kristal dinaikkan sehingga ada elektron yang kenaikan tenaga termalnya melebihi celah tenaga maka elektron-elektron ini akan meloncat ke bidang konduksi menjadi elektron bebas.Kalau pada suatu ikatan kovalen terbentuk lubang maka elektron valensi dari atom yang berdekatan akan melepaskan diri dari ikatan kovalen untuk mengisi lubang tersebut. Elektron ini akan meninggalkan lubang pada tempat yang ditinggalkan. Maka lubang akan bergerak dengan arah yang berlawanan dengan elektron. Maka semikonduktor intrinsik pada suhu 0K bersifat sebagai isolator, dan pada suhu yang sangat tinggi bersifat sebagai konduktor karena terjadi pembentukan pasangan elektron bebas dan lubang yang banyaknya sama dan berlaku sebagai pembawa muatan.

4. Semikonduktor EkstrinsikUntuk menyusun devais elektronik diperlukan bahan yang kaya akan satu jenis pembawa muatan saja yaitu lubang saja atau elektron saja. Untuk itu diperlukan doping, yakni memasukkan atom asing bervalensi 5 atau 3 dengan prosentasi kecil sehinga dihasilkan semikonduktor ekstrinsik. Adapun semikonduktor terbagi atas 2 yaitu semikonduktor tipe n dan semi kondutor tipe p. Pada semikonduktor tipe n diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 5, seperti fosfor(P), arsen(As), dan antimon(Sb), kedalam semikonduktor intrinsik. Atom valensi 5 ini disebut sebagai atom donor karena dalam membentuk ikatan kovalen dibebaskan kelebihan elektronnya. Atom donor setelah membebaskan satu elektron valensi menjadi ion positif yang terikat ditempat.Pada semikonduktor tipe p diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 3, seperti boron (B), alumunium (Al) dan galium (Ga) ke dalam semikonduktor instrinsik. Atom bervalensi 3 ini disebut sebagai atom akseptor, karena untuk membentuk ikatan kovalen memperoleh sebuah elektron. Karena menerima sebuah elektron maka atom akseptor menjadi ion negatif yang terikat di tempat.Salah satu contoh unsur yang bersifat semikonduktor yang sering digunakan adalah germanium. Bahan germanium ini sering ditemukan dalam alat semikonduktor seperti transistor dan diode. Germanium adalah unsur kimia ke 32 dalam table periodik dan mempunyai elektron valensi 4. Struktur atom dari germanium berbentuk tetrahedral yang artinya unsur ini tidak memiliki pasangan elektron bebas karena setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.Dengan teknik pengilangan-zona (zone-refining techniques) memproduksi germanium kristal untuk semikonduktor dengan kemurnian yang sangat tinggi dapat dilakukan. 5. Modulus Elastisitas GermaniumDari hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, nilai modulus elastisitas Germanium adalah = 103 Gpa.

6. Laju korosi GermaniumUntuk mendapatkan jumlah kehilangan berat akibat korosi digunakan rumus sebagai berikut:

mpy = mils per year W = weight loss (mg)D = density of specimen A = area of specimen (in2)T = exposure time (hour)Dari referensi, diperoleh Corrosion Rate Germanium sebesar 180 mpy.

Sumber Pustaka:http://irianpoo.blogspot.com/2010/01/laju-korosi.htmlhttp://rakunbuku.blogspot.com/2012/11/makalah-kimia-germanium-sebagai.htmlHandbook Metallic Materials Physical, Mechanical and Corrosion Properties karangan Philip A. Schwerteiz.