كارباميد

اليوريا، وتسمى أيضًا الكرباميد (لأنها عبارة عن ثنائي أميد حمض الكربونيك)، هي مركب عضوي له الصيغة الكيميائية CO(NH2)2. يحتوي هذا الأميد على مجموعتين أمينيتين (–NH2) مرتبطتين بمجموعة وظيفية كربونيل (–C(=O)–). وبالتالي فهو أبسط أميد حمض الكارباميك.

تلعب اليوريا دورًا مهمًا في استقلاب المركبات المحتوية على النيتروجين لدى الحيوانات وهي المادة الرئيسية المحتوية على النيتروجين في بول الثدييات. اليوريا هي كلمة لاتينية جديدة، من الفرنسية urée، من اليونانية القديمة οὖρον (oûron) “البول”، نفسها من اللغة الهندو أوروبية البدائية *h₂worsom.

وهي مادة صلبة عديمة اللون والرائحة، وقابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء، وغير سامة عمليًا (LD50 هو 15 جم / كجم للفئران). يذوب في الماء، فهو ليس حمضيا ولا قلويا. ويستخدمه الجسم في العديد من العمليات أبرزها إخراج النيتروجين. ويشكله الكبد عن طريق دمج جزيئين من الأمونيا (NH3) مع جزيء ثاني أكسيد الكربون (CO2) في دورة اليوريا. تستخدم اليوريا على نطاق واسع في الأسمدة كمصدر للنيتروجين (N) وهي مادة خام مهمة للصناعة الكيميائية.

أكثر من 90% من الإنتاج الصناعي العالمي لليوريا مخصص للاستخدام كسماد مطلق للنيتروجين. تحتوي اليوريا على أعلى نسبة من النيتروجين مقارنة بجميع الأسمدة النيتروجينية الصلبة شائعة الاستخدام. ولذلك، فإن تكلفة النقل منخفضة لكل وحدة من مغذيات النيتروجين. الشوائب الأكثر شيوعًا لليوريا الاصطناعية هي البيوريت، مما يضعف نمو النبات. تتحلل اليوريا في التربة لتعطي أيونات الأمونيوم (NH+4). يمتص النبات الأمونيوم من خلال جذوره. في بعض أنواع التربة، يتأكسد الأمونيوم بواسطة البكتيريا ليعطي النترات (NO−3)، وهي أيضًا مادة مغذية نباتية غنية بالنيتروجين. إن فقدان المركبات النيتروجينية في الغلاف الجوي والجريان السطحي يعد إهدارًا ومضرًا بالبيئة، لذلك يتم تعديل اليوريا أحيانًا لتعزيز كفاءة استخدامه الزراعي. وتشمل تقنيات صنع الأسمدة الخاضعة للرقابة والتي تعمل على إبطاء إطلاق النيتروجين تغليف اليوريا في مادة مانعة للتسرب خاملة، وتحويل اليوريا إلى مشتقات مثل مركبات اليوريا فورمالدهايد، التي تتحلل إلى الأمونيا بوتيرة تتوافق مع المتطلبات الغذائية للنباتات.

الراتنجات

اليوريا هي مادة خام لصناعة راتنجات اليوريا فورمالدهايد، وتستخدم بشكل رئيسي في الألواح الخشبية مثل الحبيبي والألواح الليفية والخشب الرقائقي.

المتفجرات

يمكن استخدام اليوريا في صناعة نترات اليوريا، وهي مادة شديدة الانفجار تستخدم صناعيا وكجزء من بعض العبوات الناسفة.

أنظمة السيارات

يتم استخدام اليوريا في تفاعلات التخفيض غير التحفيزي الانتقائي (SNCR) والتخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR) لتقليل ملوثات أكاسيد النيتروجين في غازات العادم الناتجة عن الاحتراق من الديزل، والوقود المزدوج، ومحركات الغاز الطبيعي ذات الحرق الخفيف. يقوم نظام BlueTec، على سبيل المثال، بحقن محلول اليوريا المائي في نظام العادم. تتفاعل الأمونيا (NH3) الناتجة عن التحلل المائي لليوريا مع أكاسيد النيتروجين (NOx) ويتم تحويلها إلى غاز النيتروجين (N2) وماء داخل المحول الحفاز. يتم وصف تحويل أكاسيد النيتروجين الضارة إلى N2 غير الضارة بالمعادلة العالمية المبسطة التالية

4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O
عند استخدام اليوريا، يحدث تفاعل مسبق (التحلل المائي) لتحويلها أولاً إلى الأمونيا:

CO(NH2)2 + H2O → 2 NH3 + CO2
نظرًا لكونها مادة صلبة شديدة الذوبان في الماء (545 جم / لتر عند 25 درجة مئوية)، فإن اليوريا أسهل بكثير وأكثر أمانًا في التعامل معها وتخزينها من الأمونيا الأكثر تهيجًا وكاوية وخطورة (NH3)، لذا فهي المادة المتفاعلة المفضلة. تحتاج الشاحنات والسيارات التي تستخدم هذه المحولات الحفازة إلى حمل كمية من سائل عادم الديزل، والذي يُباع أيضًا باسم AdBlue، وهو محلول اليوريا في الماء.

الاستخدامات المخبرية

تعتبر اليوريا بتركيزات تصل إلى 10 مولار بمثابة مانع قوي للبروتين لأنه يعطل الروابط غير التساهمية في البروتينات. يمكن استغلال هذه الخاصية لزيادة ذوبان بعض البروتينات. يتم استخدام خليط من اليوريا وكلوريد الكولين كمذيب عميق سهل الانصهار (DES)، وهي مادة مشابهة للسائل الأيوني. عند استخدامها في مذيب سهل الانصهار العميق، تقوم اليوريا تدريجيا بتغيير طبيعة البروتينات التي يتم إذابتها.