Urea là gì? Và ứng dụng của Urea trong đời sống

Urea hay Urê (CH4N2O), còn được gọi phổ biến là Carbamide, là dạng diamide của axit carbonic. Urea là chất rắn không màu, không mùi, hòa tan cao trong nước và thực tế không độc hại (LD50 là 15 g/kg đối với chuột). Hòa tan trong nước, nó không có tính axit và kiềm. Cơ thể sử dụng nó trong nhiều quá trình, đặc biệt là quá trình bài tiết nitơ. Gan hình thành nó bằng cách kết hợp hai phân tử amoniac (NH3) với phân tử carbon dioxide (CO2) trong chu trình urê. Urê được sử dụng rộng rãi trong phân bón như một nguồn nitơ (N) và là nguyên liệu thô quan trọng cho ngành hóa chất.

Cấu trúc urea

Urea là một chất thải trong cơ thể không có chức năng sinh lý. Nó hòa tan trong thận và máu trước khi được bài tiết qua nước tiểu. Hợp chất hữu cơ của Urê có hai NH2 khác nhau, các nhóm được nối với nhau bằng nhóm chức cacbonyl. Urê không độc hại, đó là lý do tại sao nó hòa tan trong nước. Ngoài việc không màu, nó còn không có mùi.

Trong urê, nhóm carbonyl được gắn vào hai nhóm amit. Đây là nơi nó có tên carbamide, được hình thành từ carboxylic+amid. Nhóm cacbonyl là nơi nguyên tử cacbon liên kết đôi với nguyên tử oxy. Nhóm amit là nơi một nguyên tử nitơ được gắn vào hai nguyên tử hydro khác nhau. Khi bạn đặt hai nhóm amit như vậy liên kết với nhóm cacbonyl thì urê sẽ được hình thành. Để viết công thức, các nguyên tử chứa urê là:

• 1 cacbon
• 1 oxy
• 2 Nitơ
• 4 Hydro

Tính chất của urê

Urê bao gồm Nitơ, Carbon và Oxy. Như đã đề cập, bạn có thể tìm thấy nó trong sữa, máu và mồ hôi của động vật có vú. Khi ở dạng cô đặc, nó được chuyển thành nước tiểu. Urê về cơ bản là một hợp chất tinh thể có hàm lượng nitơ khoảng 46%, ở trạng thái khô. Khoảng 1 triệu pound urê được chế biến ở Hoa Kỳ mỗi năm. Hầu hết nó được sử dụng làm phân bón để làm cho hàm lượng nitơ của chúng hòa tan trong nước. Urê cũng được sử dụng trong nhựa và keo dán, thức ăn chăn nuôi, các sản phẩm thương mại đắt tiền và các thành phần gây nổ.

Ứng dụng của Urea

Ứng dụng của Urea trong nông nghiệp

Hơn 90% sản lượng urê công nghiệp trên thế giới được sử dụng làm phân bón giải phóng nitơ. Urê có hàm lượng nitơ cao nhất trong số tất cả các loại phân bón nitơ rắn được sử dụng phổ biến. Do đó, nó có chi phí vận chuyển trên mỗi đơn vị dinh dưỡng nitơ thấp. Tạp chất phổ biến nhất của urê tổng hợp là biuret, làm suy giảm sự phát triển của thực vật. Urê phân hủy trong đất tạo ra ion amoni (NH+4). Amoni được cây hấp thụ qua rễ.
Ở một số loại đất, amoni bị oxy hóa bởi vi khuẩn để tạo ra nitrat (NO−3), đây cũng là một chất dinh dưỡng thực vật giàu nitơ. Sự thất thoát các hợp chất nitơ vào khí quyển và dòng chảy là lãng phí và gây tổn hại đến môi trường nên urê đôi khi được biến đổi để nâng cao hiệu quả sử dụng trong nông nghiệp. Các kỹ thuật tạo ra phân bón giải phóng có kiểm soát làm chậm quá trình giải phóng nitơ bao gồm đóng gói urê trong chất bịt kín trơ và chuyển đổi urê thành các dẫn xuất như hợp chất urê-formaldehyde, phân hủy thành amoniac với tốc độ phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng.

Nhựa

Urê là nguyên liệu thô để sản xuất nhựa urê-formaldehyde, được sử dụng chủ yếu trong các tấm làm từ gỗ như ván dăm, ván sợi và ván ép.

Thuốc nổ

Urê có thể được sử dụng để sản xuất urê nitrat, một chất nổ mạnh được sử dụng trong công nghiệp và là một phần của một số thiết bị nổ cải tiến.

Hệ thống ô tô

Urê được sử dụng trong các phản ứng Giảm không xúc tác chọn lọc (SNCR) và Giảm xúc tác chọn lọc (SCR) để giảm các chất ô nhiễm NOx trong khí thải từ quá trình đốt cháy từ động cơ diesel, nhiên liệu kép và khí đốt tự nhiên. Ví dụ, hệ thống BlueTec bơm dung dịch urê gốc nước vào hệ thống ống xả. Amoniac (NH3) lần đầu tiên được tạo ra bằng quá trình thủy phân urê phản ứng với oxit nitơ (NOx) và được chuyển thành khí nitơ (N2) và nước trong bộ chuyển đổi xúc tác.

Sử dụng trong phòng thí nghiệm

Urê ở nồng độ lên tới 10 M là chất biến tính protein mạnh vì nó phá vỡ các liên kết không cộng hóa trị trong protein. Tính chất này có thể được khai thác để tăng khả năng hòa tan của một số protein. Hỗn hợp urê và choline clorua được sử dụng làm dung môi eutectic sâu (DES), một chất tương tự như chất lỏng ion. Khi được sử dụng trong dung môi eutectic sâu, urê sẽ làm biến tính dần dần các protein được hòa tan.

Về nguyên tắc, urê có thể đóng vai trò là nguồn hydro để phát điện tiếp theo trong pin nhiên liệu. Urê có trong nước tiểu/nước thải có thể được sử dụng trực tiếp (mặc dù vi khuẩn thường phân hủy urê nhanh chóng). Sản xuất hydro bằng điện phân dung dịch urê xảy ra ở điện áp thấp hơn (0,37 V) và do đó tiêu thụ ít năng lượng hơn so với điện phân nước (1,2 V).

Urê ở nồng độ lên tới 8 M có thể được sử dụng để làm cho mô não cố định trong suốt với ánh sáng khả kiến trong khi vẫn bảo toàn tín hiệu huỳnh quang từ các tế bào được dán nhãn. Điều này cho phép chụp ảnh các quá trình thần kinh sâu hơn nhiều so với trước đây có thể đạt được bằng cách sử dụng kính hiển vi đồng tiêu một hoặc hai photon thông thường.

Sử dụng y tế

Các loại kem có chứa urê được sử dụng làm sản phẩm bôi da liễu để thúc đẩy quá trình bù nước cho da. Urê 40% được chỉ định cho bệnh vẩy nến, bệnh xerosis, bệnh nấm móng, bệnh ichthyosis, bệnh chàm, chứng dày sừng, bệnh da sừng, vết chai và vết chai. Nếu được bao phủ bởi một lớp băng kín, chế phẩm urê 40% cũng có thể được sử dụng để cắt bỏ móng tay không phẫu thuật. Urê 40% “hòa tan ma trận nội bào” của tấm móng. Chỉ những móng bị bệnh hoặc loạn dưỡng mới được loại bỏ vì không có tác dụng đối với những phần móng khỏe mạnh. Thuốc này (dưới dạng carbamide peroxide) cũng được sử dụng như một chất hỗ trợ loại bỏ ráy tai.

Urê cũng đã được nghiên cứu làm thuốc lợi tiểu. Nó được Tiến sĩ W. Friedrich sử dụng lần đầu tiên vào năm 1892. Trong một nghiên cứu năm 2010 trên bệnh nhân ICU, urê được sử dụng để điều trị hạ natri máu bình thường và được cho là an toàn, rẻ tiền và đơn giản.

Giống như nước muối, urê được tiêm vào tử cung để phá thai, mặc dù phương pháp này không còn được sử dụng rộng rãi nữa.

Xét nghiệm nitơ urê máu (BUN) là thước đo lượng nitơ trong máu có nguồn gốc từ urê. Nó được sử dụng như một dấu hiệu đánh giá chức năng thận, mặc dù nó kém hơn các dấu hiệu khác như creatinine vì nồng độ urê trong máu bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như chế độ ăn uống, mất nước và chức năng gan.

Urê cũng đã được nghiên cứu như một tá dược trong công thức phủ Bóng bọc thuốc (DCB) để tăng cường vận chuyển thuốc cục bộ đến các mạch máu bị hẹp. Urê, khi được sử dụng làm tá dược với liều lượng nhỏ (~3 μg/mm2) để phủ lên bề mặt DCB, người ta nhận thấy tạo thành các tinh thể làm tăng khả năng vận chuyển thuốc mà không gây tác dụng độc hại lên tế bào nội mô mạch máu.

Urê được dán nhãn carbon-14 hoặc carbon-13 được sử dụng trong xét nghiệm hơi thở urê, dùng để phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn Helicobacter pylori (H. pylori) trong dạ dày và tá tràng của con người, có liên quan đến loét dạ dày tá tràng. Xét nghiệm phát hiện enzyme urease đặc trưng do H. pylori sản xuất bằng phản ứng tạo ra amoniac từ urê. Điều này làm tăng độ pH (giảm độ axit) của môi trường dạ dày xung quanh vi khuẩn. Các loài vi khuẩn tương tự như H. pylori có thể được xác định bằng xét nghiệm tương tự ở động vật như khỉ, chó và mèo (bao gồm cả mèo lớn).

Các ứng dụng khác

• Một thành phần trong chất thải diesel (DEF), bao gồm 32,5% urê và 67,5% nước khử ion. DEF được phun vào dòng khí thải của xe diesel để phân hủy khí thải NOx nguy hiểm thành nitơ và nước vô hại.
• Một thành phần của thức ăn chăn nuôi, cung cấp nguồn nitơ tương đối rẻ để thúc đẩy tăng trưởng
• Một chất thay thế không bị ăn mòn cho muối mỏ để làm tan băng trên đường. Nó thường là thành phần chính của các chất thay thế muối thân thiện với vật nuôi mặc dù nó kém hiệu quả hơn muối đá hoặc canxi clorua truyền thống.
• Thành phần chính trong các loại tẩy lông như Nair và Veet
• Chất tạo màu nâu trong bánh quy do nhà máy sản xuất
• Một thành phần trong một số loại kem dưỡng da, kem dưỡng ẩm, dầu xả và dầu gội
• Chất tạo mây, cùng với các muối khác
• Một chất chống cháy, thường được sử dụng trong các bình chữa cháy hóa chất khô như hỗn hợp bicarbonate urê-kali
• Một thành phần trong nhiều sản phẩm làm trắng răng
• Một thành phần trong nước rửa chén
• Cùng với diammonium phosphate, như một chất dinh dưỡng cho nấm men, để lên men đường thành ethanol
• Một chất dinh dưỡng được sinh vật phù du sử dụng trong các thí nghiệm nuôi dưỡng đại dương cho mục đích địa kỹ thuật
• Là chất phụ gia để kéo dài nhiệt độ làm việc và thời gian mở của keo ẩn
• Là chất phụ gia tăng cường khả năng hòa tan và giữ ẩm cho dung dịch nhuộm dùng cho ngành dệt nhuộm hoặc in
• Là một bộ dao động tham số quang học trong quang học phi tuyến