Urê

Tôi là chìa khóa cho một khám phá hóa học tiên phong.
Tôi là phân tử nào?

Cấu trúc hóa học của urea

Sự  thật nhanh về urê

Số đăng ký CAS No.57-13-6
Danh pháp SciFinderUrea
Công thức thực nghiệmCH4N2O
Khối lượng phân tử60,06 g / mol
Trạng tháiTinh thể hoặc bột màu trắng
Độ nóng chảy133–135 ºC
Khả năng hòa tan trong nước1,1 kg / L 

Urê, còn được gọi là carbamide, là một hợp chất an toàn, hữu ích và có một lịch sử quan trọng. Nó là một phân tử tự nhiên được tạo ra bởi quá trình chuyển hóa protein và được tìm thấy nhiều trong nước tiểu của động vật có vú.

Năm 1828, nhà hóa học người Đức Friedrich Wöhler1, lúc đó đang ở Trường Bách khoa (nay là Đại học Kỹ thuật) Berlin, đã xuất bản một bài báo quan trọng trong đó ông chứng minh rằng một phân tử sinh học, urê, có thể được tổng hợp từ một nguyên liệu ban đầu phi sinh học. Wöhler điều chế hợp chất vô cơ amoni cyanate trong phòng thí nghiệm, sau đó đun nóng nó, khiến nó đồng phân hóa thành urê. Bây giờ được gọi là “sự tổng hợp Wöhler”, phản ứng này đã giúp bác bỏ quan niệm của thuyết sống còn cho rằng các phân tử “hữu cơ” chỉ có thể được tạo ra bởi các sinh vật sống. 2

Trong một phản ứng tương tự như phản ứng tổng hợp Wöhler, amoni cacbamat có thể được chuyển đổi thành urê và nước. Đây là cơ sở của quy trình đã được sử dụng để sản xuất urê công nghiệp trong gần một thế kỷ. Amoniac và cacbon đioxit (CO2) phản ứng tỏa nhiệt để tạo ra muối cacbamat, sau đó được đun nóng để tạo thành urê. Nhiệt sinh ra trong phản ứng thứ nhất thúc đẩy phản ứng thứ hai. Thông thường, amoniac và urê được sản xuất trong cùng một nhà máy để một số sản phẩm phụ carbon dioxide từ sản xuất amoniac có thể được sử dụng để sản xuất urê.

Năng lực sản xuất urê toàn cầu là ≈220 triệu tấn / năm. Tại sao urê được sản xuất với số lượng lớn như vậy? Câu trả lời là, ngoài amoniac, urê có hàm lượng nitơ cao nhất trong tất cả các hóa chất công nghiệp và có nhu cầu cao như một loại phân bón. Trong đất, nó phân hủy trở lại amoniac (thực chất là ion amoni) và carbon dioxide. Vi khuẩn cố định nitơ sẽ oxy hóa amoni thành nitrat, chất này dễ dàng được rễ cây hấp thụ. Ngoài hàm lượng nitơ cao, urê còn đặc biệt hữu ích vì nó có thể được ứng dụng dưới dạng chất rắn ở dạng viên; và khả năng hòa tan cao bất thường của nó trong nước cho phép nó được kết hợp vào các dung dịch với các chất dinh dưỡng thực vật khác.

Hơn 90% sản lượng urê đi vào nông nghiệp. 20 triệu tấn còn lại được sản xuất hàng năm được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi (gia súc, trong số những loài khác, có thể chuyển nó thành protein), nhựa urê-formaldehyde, chất làm mềm để chăm sóc da và sản xuất axit barbituric. Nhiệt âm cực mạnh của dung dịch urê trong nước là cơ sở của túi chườm lạnh tức thì, trong đó các túi nhựa chứa urê và nước trong các ngăn riêng biệt. Khi niêm phong giữa chúng bị phá vỡ, sự hòa trộn tạo ra sự làm mát ngắn hạn cho các khớp và cơ bị đau nhức.

Luôn có chỗ để cải thiện. Trong một bài báo năm 2018, nhà văn khoa học người Anh David Bradley đã mô tả những cách mà urê có thể được sử dụng hiệu quả hơn trong nông nghiệp. Và năm ngoái, trong cái có thể được gọi là “cuộc cách mạng urê”, Shuangyin Wang và các đồng nghiệp tại Đại học Hồ Nam (Trường Sa, Trung Quốc) và các tổ chức khác đã mô tả một con đường điện hóa đến urê.

Mặc dù urê được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, nhưng sản xuất urê hiện nay không phải là “xanh”. Sản xuất amoniac và urê tiêu thụ> 2% năng lượng của thế giới và thải ra nhiều CO 2 hơn bất kỳ quy trình công nghiệp nào khác. Nhóm của Wang đã phát triển một phương pháp điện hóa bỏ qua amoniac và chuyển đổi trực tiếp khí nitơ, CO2 và nước thành urê ở nhiệt độ và áp suất môi trường. Lộ trình tổng hợp rất phức tạp và quá trình này chưa hiệu quả hoặc chưa đủ năng suất, nhưng mục tiêu chắc chắn rất đáng để phấn đấu.

1. Wöhler thực sự là một nhà hóa học tiên phong. Ngoài việc tổng hợp urê của mình, ông đã cô lập các nguyên tố berilium và yttrium ở dạng tinh khiết, tổng hợp một số hợp chất vô cơ khi đó chưa được biết đến và đưa ra khái niệm về các nhóm chức hữu cơ

2. Sau phát hiện của mình, Wöhler đã viết, “Tôi không thể giữ nước hóa học của mình được nữa. Tôi phải nói với bạn rằng tôi có thể tạo ra urê mà không cần sử dụng thận của bất kỳ động vật nào, dù là người hay chó ”.

Thông tin về nguy cơ urê

Nhóm sự cố*Tuyên bố nguy hiểm
Không phải chất độc hại hoặc hỗn hợp 

* Hệ thống phân loại và ghi nhãn hóa chất hài hòa trên toàn cầu.  

Tham khảo ACS.