Urée

L'urée, également connue sous le nom de carbamide, est un composé organique de formule chimique CO (NH2) 2. Cet amide a deux groupes –NH2 liés par un groupe fonctionnel carbonyle (C = O).

L'urée joue un rôle important dans le métabolisme des composés azotés par les animaux et est la principale substance azotée dans l'urine des mammifères. C'est un solide incolore, inodore, très soluble dans l'eau et pratiquement non toxique (DL50 est de 15 g / kg pour les rats). Dissous dans l'eau, il n'est ni acide ni alcalin. Le corps l'utilise dans de nombreux processus, en particulier l'excrétion d'azote. Le foie le forme en combinant deux molécules d'ammoniac (NH3) avec une molécule de dioxyde de carbone (CO2) dans le cycle de l'urée. L'urée est largement utilisée dans les engrais comme source d'azote (N) et constitue une matière première importante pour l'industrie chimique.

La découverte de Friedrich Wöhler en 1828 selon laquelle l'urée peut être produite à partir de matières premières inorganiques a été une étape conceptuelle importante en chimie. Il a montré pour la première fois qu'une substance, auparavant connue uniquement comme un sous-produit de la vie, pouvait être synthétisée en laboratoire sans matières premières biologiques, contredisant le vitalisme d'apprentissage répandu, qui déclarait que seuls les êtres vivants pouvaient produire les produits chimiques de la vie. pourrait produire.

Applications

Plus de 90% de la production industrielle mondiale d'urée est destinée à être utilisée comme engrais libérant de l'azote. L'urée a la teneur en azote la plus élevée de tous les engrais azotés solides largement utilisés. Par conséquent, il a le coût de transport le plus bas par unité d'alimentation en azote.

De nombreuses bactéries du sol possèdent l'enzyme uréase, qui catalyse la conversion de l'urée en ammoniac (NH3) ou en ion ammonium (NH4 +) et en ion bicarbonate (HCO3−). Par exemple, les engrais à base d'urée se transforment rapidement sous forme d'ammonium dans le sol. Parmi les bactéries du sol connues pour transporter l'uréase, certaines bactéries oxydant l'ammoniaque (AOB), comme l'espèce Nitrosomonas, peuvent également absorber le dioxyde de carbone libéré par la réaction pour fabriquer de la biomasse à travers le cycle de Calvin, et récolter de l'énergie en produisant de l'ammoniac. oxydant (l'autre produit de l'uréase) en nitrite, un processus appelé nitrification. Les bactéries oxydant les nitrites, en particulier Nitrobacter, oxydent le nitrite en nitrate, qui, en raison de sa charge négative, est extrêmement mobile dans le sol et est une cause majeure de pollution de l'eau par l'agriculture. L'ammonium et le nitrate sont facilement absorbés par les plantes et sont les principales sources d'azote pour la croissance des plantes. L'urée est également utilisée dans de nombreuses autres formulations d'engrais solides. L'urée est très soluble dans l'eau et donc également très appropriée pour une utilisation dans des solutions d'engrais (en combinaison avec du nitrate d'ammonium: UAN), par exemple dans les engrais de «nutrition foliaire». Pour l'utilisation d'engrais, les granulés sont préférés aux granulés en raison de leur distribution granulométrique plus étroite, ce qui est un avantage pour une application mécanique.

L'impureté la plus courante de l'urée synthétique est le biuret, qui nuit à la croissance des plantes.

L'urée est généralement répandue à des taux compris entre 40 et 300 kg / ha (35 à 270 lb / acre). Des applications plus petites conduisent à des pertes plus faibles dues au lessivage. En été, l'urée est souvent répandue juste avant ou pendant la pluie pour minimiser les pertes dues à la volatilisation (un processus dans lequel l'azote est perdu dans l'atmosphère sous forme de gaz ammoniac).

En raison de la concentration élevée d'azote dans l'urée, il est très important d'obtenir une distribution uniforme. L'équipement d'application doit être correctement calibré et utilisé correctement. Le semis ne doit pas avoir lieu au contact ou à proximité des semences, en raison du risque de dommages causés par les germes. L'urée se dissout dans l'eau pour être utilisée en pulvérisation ou par les systèmes d'irrigation.

Dans les cultures de céréales et de coton, l'urée est souvent appliquée au moment de la dernière récolte avant la plantation. Dans les régions avec beaucoup de pluie et sur des sols sableux (où l'azote peut être perdu par lessivage) et où de bonnes précipitations sont attendues pendant la saison, l'urée peut être une couverture latérale ou supérieure pendant la saison de croissance. Le top dressing est également populaire sur les pâturages et les fourrages. Lors de la culture de la canne à sucre, l'urée est habillée latéralement après la plantation et appliquée à toute culture de raton laveur.

L'urée absorbe l'humidité de l'atmosphère et est donc généralement stockée dans des sacs fermés ou scellés sur des palettes ou, si elle est stockée en vrac, à l'abri d'une bâche. Comme pour la plupart des engrais solides, le stockage dans un endroit frais, sec et bien ventilé est recommandé.

Le surdosage ou la mise en place d'urée près des graines est nocif.

-Industrie chimique

L'urée est une matière première pour la fabrication de deux classes principales de matériaux: les résines d'urée formaldéhyde et l'urée mélamine formaldéhyde utilisées dans le contreplaqué marin.

-Systèmes automobiles

L'urée est utilisée dans les réactions SNCR et SCR pour réduire les polluants NOx dans les gaz d'échappement provenant de la combustion des moteurs diesel, bicarburant et gaz naturel à mélange pauvre. Par exemple, le système BlueTec injecte une solution d'urée à base d'eau dans le système d'échappement. L'ammoniac produit par l'hydrolyse de l'urée réagit avec les émissions d'oxyde d'azote et se transforme dans le catalyseur en azote et en eau. Les camions et les voitures utilisant ces pots catalytiques doivent transporter un fluide d'échappement diesel, une solution d'urée dans l'eau.

-Utilisation en laboratoire

L'urée à des concentrations allant jusqu'à 10 M est un puissant dénaturand protéique car elle perturbe les liaisons non covalentes dans les protéines. Cette propriété peut être exploitée pour augmenter la solubilité de certaines protéines. Un mélange d'urée et de chlorure de choline est utilisé comme solvant eutectique profond (DES), qui est une substance similaire au liquide ionique. Lorsqu'elle est utilisée dans un solvant eutectique profond, l'urée ne dénature pas les protéines dissoutes.

En principe, l'urée peut servir de source d'hydrogène pour la génération d'énergie ultérieure dans les piles à combustible. L'urée contenue dans l'urine / les eaux usées peut être utilisée immédiatement (bien que les bactéries dégradent normalement l'urée rapidement). La production d'hydrogène par électrolyse de la solution d'urée a lieu à une tension inférieure (0,37 V) et consomme donc moins d'énergie que l'électrolyse de l'eau (1,2 V).

L'urée à des concentrations allant jusqu'à 8 M peut être utilisée pour rendre le tissu cérébral solide transparent à la lumière visible, tout en préservant les signaux fluorescents des cellules marquées. Cela permet une représentation beaucoup plus profonde des processus neuronaux que ce qui était auparavant possible avec les microscopes confocaux conventionnels à un ou deux photons.

-Utilisation médicale

Les crèmes contenant de l'urée sont utilisées comme produits dermatologiques topiques pour favoriser la réhydratation de la peau. L'urée 40% est indiquée pour le psoriasis, la xérose, l'onychomycose, l'ichtyose, l'eczéma, la kératose, la kératodermie, les cors et les callosités. Lorsqu'elles sont recouvertes d'un pansement occlusif, des préparations d'urée à 40% peuvent également être utilisées pour le débridement non chirurgical des ongles. L'urée à 40% «dissout la matrice intercellulaire» de la plaque à ongles. Seuls les ongles malades ou dystrophiques sont enlevés, car il n'y a aucun effet sur les parties saines de l'ongle. Ce médicament est également utilisé pour aider à éliminer le cérumen.

L'urée a également été étudiée comme diurétique. Il a été utilisé pour la première fois par le Dr. W. Friedrich en 1892. Dans une étude de 2010 sur des patients en soins intensifs, l'urée a été utilisée pour traiter l'hyponatrémie euvolémique et l'a trouvée sûre, peu coûteuse et simple.

Le test d'azote uréique sanguin (BUN) est une mesure de la quantité d'azote dans le sang qui provient de l'urée. Il est utilisé comme marqueur de la fonction rénale, bien qu'il soit inférieur à d'autres marqueurs tels que la créatinine, car les taux d'urée sanguine sont affectés par d'autres facteurs tels que l'alimentation et la déshydratation. Pour cette raison, l'urée est analysée chez les patients sous dialyse, car la pertinence du traitement peut être évaluée avec le paramètre sans dimension Kt / V, qui peut être calculé à partir de la concentration d'urée dans le sang.

L'urée a également été étudiée en tant qu'excipient dans une formule d'enrobage à ballonnet enduit de médicament (DCB) pour améliorer l'administration locale de médicaments aux vaisseaux sanguins sténotiques. [18] [19] L'urée utilisée comme excipient à petites doses (~ 3 μg / mm2) pour recouvrir la surface du DCB s'est avérée former des cristaux qui accélèrent le transfert de médicaments sans effets toxiques délétères sur les cellules endothéliales vasculaires.

L'urée marquée au carbone 14 ou au carbone 13 est utilisée dans le test respiratoire à l'urée, qui est utilisé pour détecter la présence de la bactérie Helicobacter pylori (H. pylori) dans l'estomac et le duodénum des humains associés à des ulcères gastro-duodénaux. Le test détecte l'enzyme uréase caractéristique, produite par H. pylori, par une réaction qui produit de l'ammoniac à partir de l'urée. Cela augmente le pH (diminue l'acidité) de l'environnement de l'estomac autour des bactéries. Des espèces bactériennes similaires à H. pylori peuvent être identifiées par le même test chez des animaux tels que les singes, les chiens et les chats (y compris les grands chats).

-Diverses applications
Un ingrédient du fluide d'échappement diesel (DEF), qui est à 32,5% d'urée et 67,5% d'eau déionisée. Le DEF est injecté dans le flux d'échappement des véhicules diesel pour décomposer les émissions dangereuses de NOx en azote et en eau inoffensifs.
-Une partie de l'alimentation animale, qui est une source d'azote relativement peu coûteuse pour favoriser la croissance
-Une alternative non corrosive au sel gemme pour le dégel des routes. C'est souvent l'ingrédient principal des substituts de sel acceptant les animaux, bien qu'il soit moins efficace que le sel gemme traditionnel ou le chlorure de calcium.
-Un ingrédient principal dans les produits dépilatoires tels que Nair et Veet
-Un agent de bronzage dans les bretzels fabriqués en usine
-Un ingrédient dans certaines crèmes pour la peau, hydratants, revitalisants capillaires et shampooings
-Un agent d'ensemencement des nuages, avec d'autres sels
-Un retardateur de flamme, largement utilisé dans les extincteurs à poudre chimique, tels que le mélange de bicarbonate de potassium d'urée
-Un ingrédient dans de nombreux produits de blanchiment des dents
-Un ingrédient du savon à vaisselle
-Associé au phosphate de diammonium, comme aliment de levure, pour la fermentation des sucres en éthanol
-Un nutriment utilisé par le plancton dans les expériences de reconstitution des océans à des fins géotechniques
-En tant qu'additif pour prolonger la température de travail et le temps ouvert de la colle cutanée
-En tant qu'additif favorisant la solubilité et retenant l'humidité pour les bains de teinture pour la teinture ou l'impression de textiles
-En tant qu'oscillateur paramétrique optique en optique non linéaire