عرض مصدر عملية بيركلاند-إيد

[[ملف:Birkeland-Eyde_lysbue.JPG|تصغير| المفاعل المستخدم في [[ريوكان]] عام 1916م إلى عام 1940م بسعة 3000&nbsp;كيلوواط (خارج المتحف النرويجي للعلوم والتكنولوجيا ).]]
كانت '''عملية بيركلاند - إيد''' إحدى العمليات الصناعية المتنافسة في بداية إنتاج [[سماد|الأسمدة القائمة على النيتروجين]]. إنها تفاعل متعدد الخطوات [[تثبيت النيتروجين|لتثبيت النيتروجين]] تستخدم [[قوس كهربائي|أقواسًا كهربائية]] لتفاعل [[نيتروجين|النيتروجين]] (N<sub>2</sub>) مع الأكسجين (O<sub>2</sub>) الجويان، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج [[حمض النتريك|حمض النيتريك]] (HNO<sub>3</sub>) مع الماء. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Remsen
| الأول = I.
| مؤلف-الأخير2 = Renoup
| مؤلف-الأول2 = H.
| عنوان = The Oxidation of Atmospheric Nitrogen with Reference to the Manufacture of Nitrates and Nitric Acid
| صحيفة = American Chemical Journal
| تاريخ = 1906
| المجلد = 35
| صفحات = 358–367
| مسار = https://archive.org/download/americanchemical351906balt/americanchemical351906balt_bw.pdf
| تاريخ الوصول = 1 February 2019
}}</ref> ثم تم استخدام حمض النيتريك الناتج كمصدر [[نترات|للنترات]] (NO<sub>3</sub><sup>-</sup>) في التفاعل الذي قد يحدث في وجود ماء أو [[قاعدة (كيمياء)|متقبل للبروتون (قاعدة )]] آخر.

<chem display="inline">HNO3 + H2O -> H3O+ + NO3-</chem>


تم تطويرها من قبل الصناعي والعالم [[النرويجي]] [[كريستيان بيركلاند|بيركلاند]] مع شريكه في العمل سام إيد في عام 1903م، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| عنوان = The Manufacture of Nitrates from the Atmosphere by the Electric Arc—Birkeland-Eyde Process
| الأول = Sam
| الأخير = Eyde
| صحيفة = Journal of the Royal Society of Arts
| المجلد = 57
| العدد = 2949
| سنة = 1909
| صفحات = 568–576
| jstor = 41338647
}}</ref> بناءً على طريقة استخدمها [[هنري كافنديش]] في عام 1784م. <ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = The development of modern chemistry
| وصلة = https://archive.org/details/developmentofmod0000ihde
| مؤلف = Aaron John Ihde
| ناشر = Courier Dover Publications
| سنة = 1984
| isbn = 0-486-64235-6
| صفحة = [https://archive.org/details/developmentofmod0000ihde/page/678 678]
}}</ref> تم بناء مصنع يعتمد على هذه العملية في [[ريوكان]] و[[نوتودن]] في النرويج، جنبًا إلى جنب مع بناء مرافق [[طاقة كهرمائية|طاقة كهرومائية]] كبيرة. <ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = The world's greatest fix: a history of nitrogen and agriculture
| مسار = https://archive.org/details/worldsgreatestfi0000leig
| مؤلف = G. J. Leigh
| ناشر = Oxford University Press US
| سنة = 2004
| isbn = 0-19-516582-9
| صفحات = [https://archive.org/details/worldsgreatestfi0000leig/page/134 134–139]
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20220409221402/https://archive.org/details/worldsgreatestfi0000leig | تاريخ الأرشيف = 9 أبريل 2022 }}</ref> <ref name="Birkeland1906">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Birkeland
| الأول = Kr.
| عنوان = On the oxidation of atmospheric nitrogen in electric arcs
| صحيفة = Transactions of the Faraday Society
| المجلد = 2
| العدد = December
| سنة = 1906
| صفحات = 98
| issn = 0014-7672
| DOI = 10.1039/tf9060200098
| مسار = https://zenodo.org/record/1429765
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20210415160857/https://zenodo.org/record/1429765 | تاريخ الأرشيف = 15 أبريل 2021 }}</ref>

تعتبر عملية بيركلاند - إيد غير فعالة نسبيًا من حيث استهلاك الطاقة. لذلك، في 1910s و1920s من القرن الماضي، تم استبدالها تدريجيًا في النرويج بمزيج من [[عملية هابر-بوش]] و[[عملية أوستفالد]]. تنتج عملية هابر-بوش [[الأمونيا]] (<sub>NH3</sub>) من النيتروجين (N <sub>2</sub> ) والهيدروجين (H <sub>2</sub> ) الجزيئيان، ويتم إنتاج هذا الأخير عادةً ولكن ليس بالضرورة عن طريق [[إصلاح البخار|إصلاح غاز الميثان (CH<sub>4</sub>) البخار]] في الممارسات الحالية. يتم بعد ذلك تحويل الأمونيا من عملية هابر-بوش إلى [[حمض النتريك|حمض النيتريك]] (HNO<sub>3</sub>) في [[عملية أوستفالد]] . <ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = A short history of twentieth-century technology c. 1900-c. 1950
| وصلة = https://archive.org/details/shorthistoryoftw0000will
| مؤلف = Trevor Illtyd Williams
| مؤلف2 = Thomas Kingston Derry
| ناشر = Oxford University Press
| سنة = 1982
| isbn = 0-19-858159-9
| صفحات = [https://archive.org/details/shorthistoryoftw0000will/page/n157 134]–135
}}</ref>

== العملية ==
[[ملف:Birkeland-Eyde_Plasma_Disc.png|تصغير| رسم تخطيطي لإنتاج قرص بلازما باستخدام [[أقطاب كهربائية]] مبردة بالماء و[[مغناطيس كهربي]]]]
[[ملف:Rjukan_electric_arc_furnace.jpg|تصغير| نوع واحد من المفاعلات المستخدمة في ريوكان من عام 1912م إلى عام 1940م موجود الآن في حديقة في ريوكان.]]
[[ملف:Såheim_Rjukan_II.jpg|تصغير| مبنى المفاعل الثاني خلف محطة ساهايم للطاقة الكهرومائية حيث تم تركيب 35 مفاعل بيركلاند-إيد تتطلب 3000&nbsp;كيلوواط لكل منهما]]
تم تكوين [[قوس كهربائي]] بين قطبين من الأنابيب [[نحاس|النحاسية]] متحد المحور المبردة [[ماء|بالماء]] مدعومان [[تيار متردد|بتيار متردد]] [[جهد عال|عالي الجهد]] يبلغ 5&nbsp;كيلو فولت عند 50&nbsp;هرتز. ينتشر [[المجال المغناطيسي]] القوي الثابت الناتج عن [[مغناطيس كهربي|مغناطيس كهربائي]] قريب القوس إلى قرص رفيع بواسطة [[قوة لورنتس]]. يعتمد هذا الإعداد على تجربة قام بها [[يوليوس بلوكر]] الذي أظهر في عام 1861م كيفية إنشاء قرص من الشرارات عن طريق وضع نهايات مغناطيس كهربائي على شكل حرف U حول فجوة شرارة بحيث تكون الفجوة بينهما عمودية على الفجوة بين الأقطاب الكهربائية، والذي تم تكراره لاحقًا بالمثل بواسطة [[فالتر نيرنست]] وآخرين. <ref name="Word1921">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Technology of Cellulose Esters
| مؤلف = Worden
| مؤلف-الأول1 = Edward Chauncey
| ناشر = D. Van Nostrand Company
| المجلد = 1:2
| سنة = 1921
| صفحة = [https://archive.org/details/dli.bengal.10689.5914/page/n324 870]
| مسار = https://archive.org/details/dli.bengal.10689.5914
}}</ref> كانت درجة حرارة البلازما في القرص تزيد عن 3000&nbsp;[[درجة حرارة مئوية|درجة مئوية]]. تم نفخ الهواء عبر هذا القوس، مما تسبب في تفاعل بعض النيتروجين مع الأكسجين مكونًا [[أحادي أكسيد النيتروجين|أكسيد النيتريك]]. من خلال التحكم الدقيق في طاقة القوس وسرعة تيار الهواء، تم الحصول على عوائد تصل إلى 4-5 ٪ تقريبًا من أكسيد النيتريك عند 3000&nbsp;درجة مئوية وأقل في درجات حرارة منخفضة. <ref name="Mell1918">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Modern Inorganic Chemistry
| مؤلف = Mellor
| مؤلف-الأول1 = J. W.
| ناشر = Longmans, Green and Co.
| سنة = 1918
| صفحة = [https://archive.org/details/cu31924055328623/page/n532 509]
| مسار = https://archive.org/details/cu31924055328623
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20210513064827/https://archive.org/details/cu31924055328623 | تاريخ الأرشيف = 13 مايو 2021 }}</ref> <ref name="Geof1915">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Industrial Nitrogen Compounds and Explosives
| مؤلف = Martin, Geoffrey
| مؤلف2 = Barbour, William
| ناشر = Crosby Lockwood and Son
| سنة = 1915
| صفحة = [https://archive.org/details/IndustrialNitrogenCompoundsAndExplosives/page/n24 21]
| مسار = https://archive.org/details/IndustrialNitrogenCompoundsAndExplosives
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20210308013738/https://archive.org/details/IndustrialNitrogenCompoundsAndExplosives | تاريخ الأرشيف = 8 مارس 2021 }}</ref> هذه العملية شديد الاستهلاك للطاقة للغاية. استخدم [[كريستيان بيركلاند|بيركلاند]] محطة طاقة كهرومائية قريبة لتوليد الكهرباء حيث تطلبت هذه العملية حوالي 15&nbsp;ميغاواط ساعة لكل طن حمض النيتريك حيث ينتج حوالي 60&nbsp;جرام لكل كيلوواط ساعة. يتم تنفيذ نفس التفاعل عن طريق [[برق|البرق]]، مما يوفر مصدرًا طبيعيًا لتحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى [[نترات]] قابلة للذوبان. <ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Nitrogen fixation at the millennium
| مؤلف = Karl Fisher
| مؤلف2 = William E. Newton
| محرر1 = G. J. Leigh
| ناشر = Elsevier
| سنة = 2002
| isbn = 0-444-50965-8
| صفحات = 2–3
}}</ref>

: <chem>N2 + O2 -> 2NO</chem>

يتم تبريد [[أكسيد النيتريك]] الساخن ويتحد مع [[الأكسجين]] الجوي لإنتاج [[ثنائي أكسيد النيتروجين]]. يعتمد الوقت الذي تستغرقه هذه العملية على [[تركيز]] [[أكسيد النيتروجين]] في الهواء. عند 1٪ تستغرق حوالي 180 [[ثانية]] وعند 6٪ تستغرق حوالي 40 ثانية لتحقيق 90٪ تحويل. <ref name="webb1923">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Absorption of Nitrous Gases
| مؤلف-الأول1 = H. W.
| مؤلف = Webb
| سنة = 1923
| ناشر = Edward Arnold & Co.
| صفحة = [https://archive.org/details/Absorption_of_Nitrous_Gases/page/n24 20]
| مسار = https://archive.org/details/Absorption_of_Nitrous_Gases
}}</ref>

: <chem>2 NO + O2 -> 2 NO2</chem>

ثم يتم إذابة ثنائي أكسيد النيتروجين هذا في الماء لينتج حمض النيتريك، والذي يتم بعد ذلك تنقيته وتركيزه عن طريق [[تقطير بالتجزئة|التقطير بالتجزئة]] . <ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Industrial Chemical Process Design
| وصلة = https://archive.org/details/industrialchemic0000erwi
| مؤلف = Douglas Erwin
| ناشر = McGraw-Hill
| سنة = 2002
| isbn = 0-07-137621-6
| صفحة = [https://archive.org/details/industrialchemic0000erwi/page/613 613]
}}</ref>

<chem>3 NO2 + H2O -> 2 HNO3 + NO</chem>

كان تصميم عملية الامتصاص حاسمًا لكفاءة النظام بأكمله. تم امتصاص ثنائي أكسيد النيتروجين في الماء في سلسلة من أبراج امتصاص من [[عمود معبأ|الأعمدة المعبأ]] أو الأعمدة اللوح كل واحده مكونه من أربعة طوابق لإنتاج ما يقرب من 40-50٪ [[حمض النيتريك]]. قامت الأبراج الأولى بإخراج ثاني أكسيد النيتروجين من خلال الماء وشظايا [[الكوارتز]] غير التفاعلية. بمجرد وصول البرج الأول إلى التركيز النهائي، تم نقل حمض النيتريك إلى حاوية تخزين من [[الجرانيت]]، وحل محله السائل من برج المياه التالي. استمرت عملية الحركة هذه حتى برج المياه الأخير الذي تم تجديده [[المياه العذبة|بالمياه العذبة]]. بقي حوالي 20٪ من أكاسيد النيتروجين غير متفاعلة لذا احتوت الأبراج النهائية على محلول قلوي من [[جير|الجير]] لتحويل المتبقي إلى [[نترات الكالسيوم]] (المعروف أيضًا باسم الملح الصخري النرويجي) باستثناء 2٪ تقريبًا التي تم إطلاقها في الهواء. <ref name="Knox1914">{{استشهاد بكتاب
| مؤلف = Knox
| مؤلف-الأول1 = Joseph
| عنوان = The Fixation of Atmospheric Nitrogen
| ناشر = D. Van Nostrand Company
| سنة = 1914
| صفحات = [https://archive.org/details/fixationatmosph00knoxgoog/page/n56 45]-50
| مسار = https://archive.org/details/fixationatmosph00knoxgoog
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20210308014814/https://archive.org/details/fixationatmosph00knoxgoog | تاريخ الأرشيف = 8 مارس 2021 }}</ref>

== مراجع ==
{{مراجع|2}}
{{روابط شقيقة|commons=Birkeland-Eyde electric arc furnace}}
{{شريط بوابات|تقانة|الفيزياء|الكيمياء}}

[[تصنيف:اختراعات نرويجية]]
[[تصنيف:العلم و التقنية في النرويج]]
[[تصنيف:تفاعلات كيميائية حسب الاسم]]
[[تصنيف:عمليات كيميائية]]