Urea

L'urea, nota anche come carbammide, è un composto organico con la formula chimica CO (NH2) 2. Questa ammide ha due gruppi –NH2 legati da un gruppo funzionale carbonile (C = O).

L'urea svolge un ruolo importante nel metabolismo dei composti azotati da parte degli animali ed è la principale sostanza azotata nelle urine dei mammiferi. È un solido incolore, inodore, altamente solubile in acqua e praticamente non tossico (LD50 è di 15 g / kg per i ratti). Dissolto in acqua, non è né acido né alcalino. Il corpo lo utilizza in molti processi, in particolare l'escrezione di azoto. Il fegato lo forma combinando due molecole di ammoniaca (NH3) con una molecola di anidride carbonica (CO2) nel ciclo dell'urea. L'urea è ampiamente utilizzata nei fertilizzanti come fonte di azoto (N) ed è un'importante materia prima per l'industria chimica.

La scoperta di Friedrich Wöhler nel 1828 che l'urea può essere prodotta da materiali di partenza inorganici fu un'importante pietra miliare concettuale in chimica. Ha dimostrato per la prima volta che una sostanza, precedentemente nota solo come sottoprodotto della vita, poteva essere sintetizzata in laboratorio senza materie prime biologiche, contraddicendo il diffuso vitalismo dell'apprendimento, che affermava che solo gli esseri viventi potevano usare le sostanze chimiche della vita potrebbe produrre.

Applicazioni

Più del 90% della produzione industriale mondiale di urea è destinata all'uso come fertilizzante che rilascia azoto. L'urea ha il più alto contenuto di azoto di qualsiasi fertilizzante azotato solido ampiamente utilizzato. Quindi, ha il costo di trasporto più basso per unità di alimentazione di azoto.

Molti batteri del suolo hanno l'enzima ureasi, che catalizza la conversione dell'urea in ammoniaca (NH3) o ione ammonio (NH4 +) e ione bicarbonato (HCO3−). Ad esempio, i fertilizzanti a base di urea si trasformano rapidamente nella forma di ammonio nel terreno. Tra i batteri del suolo noti per trasportare l'ureasi, alcuni batteri ossidanti l'ammoniaca (AOB), come la specie Nitrosomonas, possono anche assorbire l'anidride carbonica rilasciata dalla reazione per produrre biomassa attraverso il ciclo di Calvin e raccogliere energia producendo ammoniaca. ossidazione (l'altro prodotto dell'ureasi) in nitrito, un processo chiamato nitrificazione. I batteri che ossidano i nitriti, in particolare il Nitrobacter, ossidano il nitrito in nitrato, che a causa della sua carica negativa è estremamente mobile nel suolo ed è una delle principali cause di inquinamento dell'acqua dovuto all'agricoltura. L'ammonio e il nitrato sono prontamente assorbiti dalle piante e sono le principali fonti di azoto per la crescita delle piante. L'urea viene anche utilizzata in molte altre formulazioni di fertilizzanti solidi componenti. L'urea è molto solubile in acqua e quindi anche molto adatta per l'uso in soluzioni fertilizzanti (in combinazione con nitrato di ammonio: UAN), ad esempio nei fertilizzanti per "nutrizione fogliare". Per l'uso di fertilizzanti, i granuli sono preferiti ai prill a causa della loro distribuzione granulometrica più ristretta, che è un vantaggio per l'applicazione meccanica.

L'impurità più comune dell'urea sintetica è il biureto, che danneggia la crescita delle piante.

L'urea viene solitamente distribuita a velocità comprese tra 40 e 300 kg / ha (da 35 a 270 libbre / acro). Applicazioni più piccole portano a minori perdite dovute alla lisciviazione. In estate, l'urea viene spesso diffusa appena prima o durante la pioggia per ridurre al minimo le perdite dovute alla volatilizzazione (un processo in cui l'azoto viene perso nell'atmosfera come gas di ammoniaca).

A causa dell'elevata concentrazione di azoto nell'urea, è molto importante ottenere una distribuzione uniforme. L'attrezzatura per l'applicazione deve essere adeguatamente calibrata e utilizzata correttamente. La semina non deve avvenire a contatto o in prossimità del seme, a causa del rischio di danneggiamento dei germi. L'urea si dissolve in acqua per essere utilizzata come spray o per sistemi di irrigazione.

Nelle colture di grano e cotone, l'urea viene spesso applicata al momento dell'ultimo raccolto prima della semina. Nelle aree con elevata piovosità e su suoli sabbiosi (dove l'azoto può essere perso per lisciviazione) e dove si prevedono buone piogge durante la stagione, l'urea può essere una copertura laterale o superiore durante la stagione di crescita. Il condimento superiore è anche popolare su pascoli e foraggi. Quando si coltiva la canna da zucchero, l'urea viene vestita lateralmente dopo la semina e applicata a qualsiasi raccolto di procione.

L'urea assorbe l'umidità dall'atmosfera e quindi viene solitamente immagazzinata in sacchi chiusi o sigillati su pallet o, se immagazzinata alla rinfusa, al coperto con un telone. Come con la maggior parte dei fertilizzanti solidi, si consiglia di conservarli in un'area fresca, asciutta e ben ventilata.

Il sovradosaggio o il posizionamento dell'urea vicino al seme è dannoso.

-Industria chimica

L'urea è una materia prima per la produzione di due classi principali di materiali: resine urea formaldeide e urea melammina formaldeide utilizzata nel compensato marino.

-Sistemi automobilistici

L'urea viene utilizzata nelle reazioni SNCR e SCR per ridurre gli inquinanti NOx nei gas di scarico dalla combustione di motori diesel, a doppia alimentazione ea gas naturale a combustione magra. Ad esempio, il sistema BlueTec inietta una soluzione di urea a base d'acqua nel sistema di scarico. L'ammoniaca prodotta dall'idrolisi dell'urea reagisce con le emissioni di ossidi di azoto e viene convertita nel catalizzatore in azoto e acqua. I camion e le auto che utilizzano questi convertitori catalitici devono trasportare una fornitura di fluido di scarico diesel, una soluzione di urea in acqua.

-Uso di laboratorio

L'urea in concentrazioni fino a 10 M è un potente denaturante proteico perché interrompe i legami non covalenti nelle proteine. Questa proprietà può essere sfruttata per aumentare la solubilità di alcune proteine. Una miscela di urea e cloruro di colina viene utilizzata come solvente eutettico profondo (DES), che è una sostanza simile al liquido ionico. Quando viene utilizzata in un solvente eutettico profondo, l'urea non denatura le proteine ​​che sono state disciolte.

In linea di principio, l'urea può fungere da fonte di idrogeno per la successiva generazione di energia nelle celle a combustibile. L'urea nelle urine / acque reflue può essere utilizzata immediatamente (sebbene i batteri normalmente distruggano l'urea rapidamente). La produzione di idrogeno per elettrolisi della soluzione di urea avviene a un voltaggio inferiore (0,37 V) e quindi consuma meno energia rispetto all'elettrolisi dell'acqua (1,2 V).

L'urea a concentrazioni fino a 8 M può essere utilizzata per rendere il tessuto cerebrale solido trasparente alla luce visibile, pur preservando i segnali fluorescenti dalle cellule etichettate. Ciò consente una rappresentazione molto più profonda dei processi neuronali rispetto a quanto precedentemente possibile con i microscopi confocali convenzionali a un fotone o a due fotone.

-Uso medico

Le creme contenenti urea sono utilizzate come prodotti dermatologici topici per promuovere la reidratazione della pelle. L'urea 40% è indicata per psoriasi, xerosi, onicomicosi, ittiosi, eczema, cheratosi, cheratoderma, calli e duroni. Se coperti con una medicazione occlusiva, è possibile utilizzare preparati a base di urea al 40% anche per lo sbrigliamento non chirurgico delle unghie. L'urea 40% "dissolve la matrice intercellulare" della lamina ungueale. Vengono rimosse solo le unghie malate o distrofiche, poiché non vi è alcun effetto sulle parti sane dell'unghia. Questo farmaco è anche usato come aiuto nella rimozione del cerume.

L'urea è stata studiata anche come diuretico. È stato utilizzato per la prima volta dal Dr. W. Friedrich nel 1892. In uno studio del 2010 su pazienti in terapia intensiva, l'urea è stata usata per trattare l'iponatremia euvolemica e l'ha trovata sicura, poco costosa e semplice.

Il test dell'azoto ureico nel sangue (BUN) è una misura della quantità di azoto nel sangue che proviene dall'urea. È usato come marker della funzione renale, sebbene sia inferiore ad altri marker come la creatinina, poiché i livelli di urea nel sangue sono influenzati da altri fattori come la dieta e la disidratazione. Per questo motivo l'urea viene analizzata nei pazienti in dialisi, perché l'appropriatezza del trattamento può essere valutata con il parametro adimensionale Kt / V, che può essere calcolato dalla concentrazione di urea nel sangue.

L'urea è stata anche studiata come eccipiente nella formula di rivestimento del palloncino rivestito di farmaco (DCB) per migliorare la somministrazione locale di farmaci ai vasi sanguigni stenotici. [18] [19] È stato dimostrato che l'urea, quando usata come eccipiente in piccole dosi (~ 3 μg / mm2) per rivestire la superficie del DCB, forma cristalli che accelerano il trasferimento del farmaco senza effetti tossici deleteri sulle cellule endoteliali vascolari.

L'urea etichettata con carbonio-14 o carbonio-13 viene utilizzata nel test del respiro dell'urea, che viene utilizzato per rilevare la presenza del batterio Helicobacter pylori (H. pylori) nello stomaco e nel duodeno degli esseri umani associati a ulcere peptiche. Il test rileva la caratteristica enzima ureasi, prodotta da H. pylori, attraverso una reazione che produce ammoniaca dall'urea. Ciò aumenta il pH (diminuisce l'acidità) dell'ambiente dello stomaco intorno ai batteri. Specie batteriche simili a H. pylori possono essere identificate con lo stesso test su animali come scimmie, cani e gatti (compresi i gatti di grossa taglia).

-Varie applicazioni
Un ingrediente del Diesel Exhaust Fluid (DEF), ovvero 32,5% di urea e 67,5% di acqua deionizzata. Il DEF viene iniettato nel flusso di scarico dei veicoli diesel per abbattere le pericolose emissioni di NOx in azoto e acqua innocui.
-Una parte del mangime animale, che è una fonte di azoto relativamente poco costosa per promuovere la crescita
-Un'alternativa non corrosiva al salgemma per lo scongelamento delle strade. È spesso l'ingrediente principale dei sostituti del sale adatti agli animali domestici, sebbene sia meno efficace del tradizionale salgemma o del cloruro di calcio.
-Un ingrediente principale nei prodotti depilatori come Nair e Veet
-Un agente abbronzante in salatini fatti in fabbrica
-Un ingrediente in alcune creme per la pelle, creme idratanti, balsami per capelli e shampoo
-Un agente di semina delle nuvole, insieme ad altri sali
-Un ritardante di fiamma, ampiamente utilizzato negli estintori chimici a secco, come la miscela di bicarbonato di potassio e urea
-Un ingrediente in molti prodotti per lo sbiancamento dei denti
-Un ingrediente nel sapone per i piatti
-Insieme al fosfato biammonico, come alimento per il lievito, per la fermentazione degli zuccheri in etanolo
-Un nutriente utilizzato dal plancton negli esperimenti di ricostituzione degli oceani per scopi geotecnici
-Come additivo per prolungare la temperatura di lavoro e il tempo aperto della colla per la pelle
-Come additivo che promuove la solubilità e trattiene l'umidità per bagni di tintura per la tintura o la stampa di tessuti
-Come un oscillatore parametrico ottico in ottica non lineare