Urea

Descrizione

L’urea,(NH2)2CO, è un composto chimico organico incolore conosciuto anche con il Nome Nonproprietario Internazionale (rINN) carbamide, come stabilito dall’Organizzazione Mondiale della Sanità. È altamente solubile in acqua e ha un pKa vicino allo zero. L’urea è essenzialmente il rifiuto prodotto quando il corpo metabolizza le proteine. Non è prodotta solo dagli esseri umani, ma anche da molti altri mammiferi, così come dagli anfibi e da alcuni pesci. L’urea è stato il primo composto naturale ad essere sintetizzato artificialmente usando composti inorganici – una svolta scientifica.

La principale materia prima usata per produrre urea è il gas naturale, il che lega i costi direttamente ai prezzi del gas. Di conseguenza, i nuovi impianti vengono costruiti solo in aree con grandi riserve di gas naturale, dove i prezzi sono più bassi. Il prodotto finito viene trasportato in tutto il mondo in grandi spedizioni di 30.000 tonnellate. Il prezzo di mercato dell’urea è direttamente collegato al prezzo mondiale del gas naturale e alla domanda di prodotti agricoli. I prezzi possono essere molto volatili e, a volte, imprevedibili. TCC è posizionata per conoscere i mercati mondiali e mantenere i vostri prezzi competitivi.

Oltre il 90% della produzione mondiale della sostanza è usata per prodotti legati ai fertilizzanti. Quando viene usata in questo modo, di solito prende la forma di granuli, prills o cristalli. Gli agricoltori distribuiscono manualmente la sostanza o viene sparsa nella forma appropriata con l’aiuto di attrezzature agricole. L’urea è considerata un mangime efficace, poiché contiene azoto, che può aiutare la crescita degli animali. Il prezzo relativamente economico dei prodotti fatti con questa sostanza rende anche questo mangime una scelta popolare da molti agricoltori.

A proposito

Storia
Il chimico francese Hillaire Rouelle ha scoperto l’urea nel 1773. Nel 1828, solo 55 anni dopo la sua scoperta, l’urea divenne il primo composto organico ad essere formulato sinteticamente, questa volta da un chimico tedesco chiamato Friedrich Wöhler, uno dei pionieri della chimica organica. Wöhler ottenne l’urea trattando l’isocianato di argento con cloruro di ammonio in un tentativo fallito di preparare il cianato di ammonio.

L’urea sintetica è creata dall’ammoniaca sintetica e dal diossido di carbonio e può essere prodotta come liquido o solido. Il processo di disidratazione del carbammato di ammonio in condizioni di alto calore e pressione per produrre l’urea è stato attuato per la prima volta nel 1870 ed è ancora in uso oggi. Gli usi dell’urea sintetica sono numerosi e quindi la produzione è elevata. Circa un milione di libbre di urea è prodotto nei soli Stati Uniti ogni anno, la maggior parte è usata nei fertilizzanti. L’azoto nell’urea la rende solubile in acqua, una proprietà altamente desiderata in questa applicazione.

L’urea è stata trovata utile per applicazioni commerciali e industriali nella produzione di alcuni tipi di plastica, mangimi per animali, colle, detergenti per WC, detergenti per lavastoviglie, prodotti per la colorazione dei capelli, pesticidi e fungicidi. A livello medico, è incorporata nella produzione di barbiturici, prodotti dermatologici che reidratano la pelle e diuretici.

L’urea è prodotta naturalmente quando il fegato scompone proteine o aminoacidi e ammoniaca. I reni poi trasferiscono l’urea dal sangue alle urine. L’azoto extra viene espulso dal corpo attraverso l’urea, e poiché è estremamente solubile, è un processo molto efficiente. Una persona media espelle circa 30 grammi di urea al giorno, principalmente attraverso l’urina, ma una piccola quantità viene anche secreta nel sudore.

I medici hanno scoperto che i livelli di urea possono essere utilizzati per rilevare malattie e disturbi che colpiscono i reni, come l’insufficienza renale acuta o la malattia renale allo stadio finale (ESRD). I test dell’azoto ureico nel sangue (BUN) e dell’azoto ureico nelle urine (UUN), che misurano i livelli di azoto ureico nel sangue e nelle urine, sono spesso utilizzati per valutare il funzionamento dei reni di un paziente. Livelli di urea aumentati o diminuiti, tuttavia, non indicano sempre problemi renali, ma possono invece riflettere la disidratazione o l’aumento dell’assunzione di proteine.

Applicazioni

Agricoltura
Più del 90% della produzione mondiale di urea è destinata all’uso come fertilizzante a rilascio di azoto. L’urea ha il più alto contenuto di azoto di tutti i fertilizzanti azotati solidi di uso comune (46,7%). Pertanto, ha i costi di trasporto più bassi per unità di nutriente azotato.

Nel suolo, si idrolizza di nuovo in ammoniaca e anidride carbonica. L’ammoniaca viene ossidata dai batteri nel terreno a nitrato, che può essere assorbito dalle piante. L’urea è anche usata in molte formulazioni di fertilizzanti solidi multicomponente. L’urea è altamente solubile in acqua, quindi molto adatta per l’uso in soluzioni di fertilizzanti (in combinazione con il nitrato di ammonio: UAN), ad esempio, nei fertilizzanti ‘foliar feed’. Per l’uso come fertilizzante, i granuli sono preferiti a causa della loro distribuzione granulometrica più stretta, un vantaggio per l’applicazione meccanica.

L’impurità più comune dell’urea sintetica, il biureto, deve essere presente a meno del 2 per cento del tempo, poiché ostacola la crescita delle piante.

L’urea viene sparsa a tassi compresi tra 40 e 300 kg/ha, ma i tassi di spandimento effettivi variano in base al tipo di azienda e alla regione. È meglio fare diverse applicazioni medio-piccole a intervalli per minimizzare le perdite per lisciviazione e aumentare l’uso efficiente dell’azoto applicato, rispetto a singole applicazioni pesanti. Durante l’estate, l’urea dovrebbe essere sparsa poco prima o durante la pioggia per ridurre le possibili perdite da volatilizzazione (processo in cui l’azoto si perde nell’atmosfera come gas di ammoniaca). L’urea non dovrebbe essere mescolata con altri fertilizzanti, in quanto potrebbero verificarsi problemi di qualità fisica.

A causa dell’alta concentrazione di azoto nell’urea, è importante ottenere una distribuzione uniforme. L’attrezzatura per l’applicazione deve essere calibrata correttamente e usata in modo appropriato. La semina non deve avvenire a contatto o vicino alla semina a causa del rischio di danni alla germinazione. L’urea si scioglie in acqua per essere applicata come spray o attraverso i sistemi di irrigazione.

Nelle colture di grano e cotone, l’urea viene spesso applicata al momento dell’ultima coltivazione prima della semina. In aree ad alta piovosità e su terreni sabbiosi (dove l’azoto può essere perso per lisciviazione) e dove si prevede una buona piovosità nella stagione, l’urea può essere applicata lateralmente o in superficie durante la stagione di crescita. Il top-dressing è anche popolare nei pascoli e nelle colture foraggiere. Nella coltivazione della canna da zucchero, l’urea viene pressata lateralmente dopo la piantagione e applicata ad ogni coltura ratoon.

Per le colture irrigate, l’urea può essere applicata a secco sul terreno, o dissolta e applicata attraverso l’acqua di irrigazione. L’urea si dissolve nel suo stesso peso in acqua, ma diventa sempre più difficile da dissolvere man mano che la concentrazione aumenta. La dissoluzione dell’urea in acqua è endotermica, causando la caduta della temperatura della soluzione quando l’urea si dissolve.

Quando si preparano soluzioni di urea per la fertirrigazione (iniezione nelle linee di irrigazione), non sciogliere più di 30 kg di urea per 100 L di acqua.

Negli spray fogliari, si usano spesso concentrazioni di urea dallo 0,5 al 2,0% per le colture orticole. Poiché gli spray di urea possono danneggiare il fogliame delle colture, prima dell’uso si dovrebbe chiedere consiglio per quantità specifiche. I gradi di urea a basso tenore di biureto dovrebbero anche essere usati se gli spray di urea devono essere applicati regolarmente o a colture orticole sensibili.

Come la maggior parte dei prodotti azotati, l’urea assorbe l’umidità dall’atmosfera. Pertanto dovrebbe essere conservata in sacchi chiusi/sigillati su pallet, o, se conservata alla rinfusa, sotto un telone. Come la maggior parte dei fertilizzanti solidi, dovrebbe essere conservata in un’area fresca, asciutta e ben ventilata.

L’industria chimica
L’urea è una materia prima usata nella produzione di molti importanti prodotti chimici, come:

1. Varie plastiche, specialmente le resine urea-formaldeide
2. Vari adesivi, come l’urea-formaldeide o l’urea-melamina-formaldeide usata nel compensato marino
3. Cianato di potassio, un’altra materia prima industriale
4. Nitrato di urea, un esplosivo

L’urea ha la capacità di intrappolare molti composti organici sotto forma di clatrati. I composti organici sono trattenuti in canali formati da eliche interpenetranti che comprendono molecole di urea legate da idrogeno. Questo comportamento può essere usato per separare miscele, ed è stato usato nella produzione di carburante per l’aviazione e di oli lubrificanti, e nella separazione della paraffina.

Poiché le eliche sono interconnesse, tutte le eliche in un cristallo devono avere la stessa mano molecolare. Questa è determinata quando il cristallo viene nucleato e può quindi essere forzata dalla semina. I cristalli risultanti sono stati usati per separare miscele racemiche.

Sistemi automobilistici
L’urea è usata nelle reazioni SNCR e SCR per ridurre gli inquinanti NOx nei gas di scarico della combustione, per esempio, da centrali elettriche e motori diesel. Il sistema BlueTec, per esempio, inietta una soluzione di urea a base d’acqua nel sistema di scarico. L’ammoniaca prodotta dalla decomposizione dell’urea reagisce con le emissioni di ossido di azoto e viene convertita in azoto e acqua all’interno del catalizzatore.

Altri usi commerciali

1. Uno stabilizzatore nell’esplosivo nitrocellulosa
2. Un componente dell’alimentazione animale, che fornisce una fonte relativamente economica di azoto per promuovere la crescita
3. Un’alternativa non corrosiva al sale grosso per lo sbrinamento delle strade, e per il rifacimento di half pipe e terrain park per lo snowboard
4. Un additivo che migliora il sapore delle sigarette
5. Un ingrediente principale nei depilatori come Nair o Veet
6. Un agente imbrunente nei pretzel prodotti in fabbrica
7. Un ingrediente in alcuni balsami per capelli, detergenti per il viso, oli da bagno, ammorbidenti per la pelle e lozioni
8. Un reagente in alcuni impacchi freddi pronti all’uso per il pronto soccorso, a causa della reazione endotermica che crea quando viene mescolato con l’acqua
9. Un agente di semina delle nuvole, insieme ad altri sali
10. Un agente ignifugo, comunemente usato nelle cariche chimiche a secco degli estintori come la miscela urea-potassio bicarbonato.
11. Un ingrediente in molti prodotti per lo sbiancamento dei denti
12. Un ingrediente nel sapone per i piatti
13. Insieme al fosfato di ammonio, come nutriente del lievito, per la fermentazione degli zuccheri in etanolo
14. Un nutriente usato dal plancton negli esperimenti di nutrimento degli oceani per scopi di geoingegneria
15. Come additivo per estendere la temperatura di lavoro e il tempo aperto della colla per pelli
16. Come additivo per migliorare la solubilitàper migliorare la solubilità e mantenere l’umidità nei bagni di tintura per la tintura o la stampa dei tessuti

Urea in concentrazioni fino a 10 M è un potente denaturante proteico in quanto 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 è usata come solvente eutettico profondo, un tipo di liquido ionico.

L’urea può servire come fonte di idrogeno, per la successiva generazione di energia in una cella a combustibile. L’urea presente nelle urine/acque reflue può essere usata direttamente (anche se i batteri normalmente degradano rapidamente l’urea.) La produzione di idrogeno per elettrolisi della soluzione di urea avviene ad un voltaggio inferiore e usa meno energia che per elettrolisi dell’acqua.

Uso medico
L’urea è usata in prodotti dermatologici topici per promuovere la reidratazione della pelle. Se coperti da una medicazione occlusiva, i preparati di urea al 40% possono anche essere usati per lo sbrigliamento non chirurgico delle unghie. Questo farmaco è anche usato come aiuto per la rimozione del cerume.

Come la soluzione salina, l’iniezione di urea è usata per eseguire aborti. È anche il componente principale di un trattamento medicinale alternativo indicato come terapia delle urine.

Il test dell’azoto ureico nel sangue (BUN) è una misura della quantità di azoto nel sangue che deriva dall’urea. È usato come un marcatore della funzione renale.

L’urea etichettata con carbonio-14 o carbonio-13 è usata nel test del respiro dell’urea, che è usato per rilevare la presenza del batterio Helicobacter pylori (H. pylori) nello stomaco e nel duodeno dell’uomo, associato alle ulcere. Il test rileva il caratteristico enzima ureasi, prodotto da H. pylori, con una reazione che produce ammoniaca dall’urea. Questo aumenta il pH (riduce l’acidità) dell’ambiente dello stomaco intorno al batterio. Specie di batteri simili all’H. pylori possono essere identificati con lo stesso test in animali come scimmie, cani e gatti (compresi i grandi felini).

De-Icer
L’urea è un’alternativa sicura e non corrosiva di fertilizzante per lo sbrinamento. Il prodotto chimico è facile da usare su piste e passerelle, così come sui carrelli di atterraggio e altre parti vitali situate sul carrello degli aerei che devono sempre essere protetti dalla corrosione. Gli aeroporti di molte zone che non possono usare i sali di cloruro altamente corrosivi per le operazioni di sbrinamento usano l’urea come alternativa preferita.