Urea

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La urea, también conocida como carbamida, es un compuesto orgánico con la fórmula química CO (NH2) 2. Esta amida tiene dos grupos –NH2 unidos por un grupo funcional carbonilo (C = O).

La urea juega un papel importante en el metabolismo de los compuestos nitrogenados por los animales y es la principal sustancia nitrogenada en la orina de los mamíferos. Es un sólido incoloro, inodoro, altamente soluble en agua y prácticamente no tóxico (LD50 es de 15 g / kg para ratas). Disuelto en agua, no es ni ácido ni alcalino. El cuerpo lo usa en muchos procesos, especialmente en la excreción de nitrógeno. El hígado lo forma combinando dos moléculas de amoníaco (NH3) con una molécula de dióxido de carbono (CO2) en el ciclo de la urea. La urea se utiliza ampliamente en fertilizantes como fuente de nitrógeno (N) y es una materia prima importante para la industria química.

El descubrimiento de Friedrich Wöhler, en 1828, de que la urea se puede producir a partir de materias primas inorgánicas fue un hito conceptual importante en química. Demostró por primera vez que una sustancia, anteriormente conocida solo como un subproducto de la vida, podía sintetizarse en el laboratorio sin materiales de partida biológicos, lo que contradecía el vitalismo del aprendizaje generalizado, que sostenía que solo los seres vivos podían producir las sustancias químicas de la vida. podría producir.

Aplicaciones

Más del 90% de la producción industrial mundial de urea se utiliza como fertilizante que libera nitrógeno. La urea tiene el contenido de nitrógeno más alto de todos los fertilizantes nitrogenados sólidos que se utilizan ampliamente. Por lo tanto, tiene el costo de transporte más bajo por unidad de alimentación de nitrógeno.

Muchas bacterias del suelo tienen la enzima ureasa, que cataliza la conversión de urea en amoníaco (NH3) o ión amonio (NH4 +) e ión bicarbonato (HCO3−). Por ejemplo, los fertilizantes de urea cambian rápidamente a la forma de amonio en el suelo. Entre las bacterias del suelo que se sabe que transportan ureasa, algunas bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), como las especies Nitrosomonas, también pueden absorber el dióxido de carbono liberado por la reacción para producir biomasa a través del ciclo de Calvin y recolectar energía mediante la producción de amoníaco. oxidar (el otro producto de la ureasa) a nitrito, un proceso llamado nitrificación. Las bacterias oxidantes de nitritos, especialmente Nitrobacter, oxidan el nitrito a nitrato que, debido a su carga negativa, es extremadamente móvil en el suelo y es una de las principales causas de contaminación del agua por la agricultura. El amonio y el nitrato son absorbidos fácilmente por las plantas y son las fuentes de nitrógeno dominantes para el crecimiento de las plantas. La urea también se usa en muchas más formulaciones de fertilizantes sólidos de componentes. La urea es muy soluble en agua y, por lo tanto, también es muy adecuada para su uso en soluciones fertilizantes (en combinación con nitrato de amonio: UAN), por ejemplo, en fertilizantes de "nutrición foliar". Para el uso de fertilizantes, se prefieren los gránulos a los gránulos debido a su distribución de tamaño de partícula más estrecha, lo cual es una ventaja para la aplicación mecánica.

La impureza más común de la urea sintética es el biuret, que daña el crecimiento de las plantas.

La urea generalmente se esparce en proporciones entre 40 y 300 kg / ha (35 a 270 lbs / acre). Las aplicaciones más pequeñas conducen a menores pérdidas debido a la lixiviación. En verano, la urea a menudo se esparce justo antes o durante la lluvia para minimizar las pérdidas por volatilización (un proceso en el que el nitrógeno se pierde a la atmósfera como gas amoniaco).

Debido a la alta concentración de nitrógeno en la urea, es muy importante lograr una distribución uniforme. El equipo de aplicación debe estar debidamente calibrado y utilizado correctamente. La perforación no debe ocurrir al contacto o cerca de la semilla, debido al riesgo de daño por gérmenes. La urea se disuelve en agua para su uso como spray o en sistemas de riego.

En cultivos de cereales y algodón, la urea se aplica a menudo en el momento de la última cosecha antes de plantar. En áreas con alta precipitación y en suelos arenosos (donde el nitrógeno se puede perder por lixiviación) y donde se espera una buena lluvia durante la temporada, la urea puede ser cubierta lateral o superior durante la temporada de crecimiento. El aderezo también es popular en pastos y forrajes. Al cultivar caña de azúcar, la urea se coloca de lado después de la siembra y se aplica a cualquier cultivo de mapache.

La urea absorbe la humedad de la atmósfera y, por lo tanto, generalmente se almacena en bolsas cerradas o selladas sobre paletas o, si se almacena a granel, bajo techo con una lona. Al igual que con la mayoría de los fertilizantes sólidos, se recomienda almacenar en un área fresca, seca y bien ventilada.

La sobredosis o la colocación de urea cerca de la semilla es dañina.

-Industria química

La urea es una materia prima para la fabricación de dos clases principales de materiales: resinas de formaldehído de urea y formaldehído de urea melamina utilizado en madera contrachapada marina.

-Sistemas automotrices

La urea se utiliza en reacciones SNCR y SCR para reducir los contaminantes NOx en los gases de escape de la combustión de motores diésel, de combustible dual y de gas natural pobre. Por ejemplo, el sistema BlueTec inyecta una solución de urea a base de agua en el sistema de escape. El amoniaco producido por la hidrólisis de la urea reacciona con las emisiones de óxido de nitrógeno y se convierte en el catalizador en nitrógeno y agua. Los camiones y automóviles que utilizan estos convertidores catalíticos deben llevar un suministro de líquido de escape diesel, una solución de urea en agua.

-Uso de laboratorio

La urea en concentraciones de hasta 10 M es una proteína poderosa desnaturalizada porque rompe los enlaces no covalentes en las proteínas. Esta propiedad se puede aprovechar para aumentar la solubilidad de algunas proteínas. Se utiliza una mezcla de urea y cloruro de colina como disolvente eutéctico profundo (DES), que es una sustancia similar al líquido iónico. Cuando se usa en un solvente eutéctico profundo, la urea no desnaturaliza las proteínas que se han disuelto.

En principio, la urea puede servir como fuente de hidrógeno para la posterior generación de energía en pilas de combustible. La urea en la orina / aguas residuales se puede usar inmediatamente (aunque las bacterias normalmente descomponen la urea rápidamente). La producción de hidrógeno por electrólisis de la solución de urea tiene lugar a un voltaje más bajo (0,37 V) y por lo tanto consume menos energía que la electrólisis del agua (1,2 V).

La urea en concentraciones de hasta 8 M se puede utilizar para hacer que el tejido cerebral sólido sea transparente a la luz visible, al tiempo que se conservan las señales fluorescentes de las células marcadas. Esto permite una visión mucho más profunda de los procesos neuronales de lo que era posible anteriormente con los microscopios confocales convencionales de un fotón o dos fotones.

-Uso médico

Las cremas que contienen urea se utilizan como productos dermatológicos tópicos para promover la rehidratación de la piel. Urea 40% está indicada para psoriasis, xerosis, onicomicosis, ictiosis, eczema, queratosis, queratodermia, callos y callosidades. Cuando se cubre con un apósito oclusivo, las preparaciones de urea al 40% también se pueden usar para el desbridamiento de uñas no quirúrgico. La urea al 40% "disuelve la matriz intercelular" de la placa ungueal. Solo se eliminan las uñas enfermas o distróficas, ya que no afecta a las partes sanas de la uña. Este medicamento también se usa como ayuda en la eliminación de cerumen.

La urea también se ha estudiado como diurético. Fue utilizado por primera vez por el Dr. W. Friedrich en 1892. En un estudio de 2010 de pacientes de la UCI, la urea se utilizó para tratar la hiponatremia euvolémica y resultó segura, económica y sencilla.

La prueba de nitrógeno ureico en sangre (BUN) es una medida de la cantidad de nitrógeno en la sangre que proviene de la urea. Se utiliza como marcador de la función renal, aunque es inferior a otros marcadores como la creatinina, ya que los niveles de urea en sangre se ven afectados por otros factores como la dieta y la deshidratación. Por esta razón, la urea se analiza en pacientes sometidos a diálisis porque la idoneidad del tratamiento se puede evaluar con el parámetro adimensional Kt / V, que se puede calcular a partir de la concentración de urea en la sangre.

La urea también se ha investigado como un excipiente en la fórmula de recubrimiento con balón recubierto de fármaco (DCB) para mejorar la administración local de fármacos a los vasos sanguíneos estenóticos. [18] [19] Se ha demostrado que la urea, cuando se usa como excipiente en pequeñas dosis (~ 3 μg / mm2) para recubrir la superficie de DCB, forma cristales que aceleran la transferencia del fármaco sin efectos tóxicos perjudiciales sobre las células endoteliales vasculares.

La urea marcada con carbono-14 o carbono-13 se utiliza en la prueba de urea en el aliento, que se utiliza para detectar la presencia de la bacteria Helicobacter pylori (H. pylori) en el estómago y el duodeno de humanos asociados con úlceras pépticas. La prueba detecta la enzima ureasa característica, producida por H. pylori, a través de una reacción que produce amoníaco a partir de urea. Esto aumenta el pH (disminuye la acidez) del entorno del estómago alrededor de las bacterias. Se pueden identificar especies bacterianas similares a H. pylori mediante la misma prueba en animales como monos, perros y gatos (incluidos los gatos grandes).

-Varias aplicaciones
Un ingrediente en el líquido de escape diesel (DEF), que es 32,5% de urea y 67,5% de agua desionizada. El DEF se inyecta en el flujo de escape de los vehículos diesel para descomponer las emisiones peligrosas de NOx en nitrógeno y agua inocuos.
-Una parte de la alimentación animal, que es una fuente de nitrógeno relativamente económica para promover el crecimiento
-Una alternativa no corrosiva a la sal de roca para el deshielo de carreteras. A menudo es el ingrediente principal de los sustitutos de la sal que admiten mascotas, aunque es menos eficaz que la sal de roca tradicional o el cloruro de calcio.
-Un ingrediente principal en productos depilatorios como Nair y Veet
-Un bronceador en pretzels hechos en fábrica.
-Un ingrediente en algunas cremas para la piel, humectantes, acondicionadores para el cabello y champús
-Un agente de siembra de nubes, junto con otras sales
-Un retardante de llama, ampliamente utilizado en extintores de incendios químicos secos, como la mezcla de urea y bicarbonato de potasio
-Un ingrediente en muchos productos para blanquear los dientes
-Un ingrediente del jabón para platos
-Junto con fosfato de diamonio, como pienso para levaduras, para la fermentación de azúcares a etanol
-Un nutriente utilizado por el plancton en experimentos de reposición de océanos con fines geotécnicos
-Como aditivo para extender la temperatura de trabajo y el tiempo abierto del pegamento para la piel.
-Como aditivo que promueve la solubilidad y retiene la humedad para baños de tinte para teñir o estampar textiles
-Como oscilador paramétrico óptico en óptica no lineal