Močovina - škola chémie

močovina

bezfarebná a bez zápachu, kryštalická tuhá látka [1]

Karbamát amónny

veľmi dobré vo vode:

močovina (Latinsky a anglicky močovina ), chemicky diamid kyseliny uhličitej, je organická zlúčenina, ktorá je produkovaná mnohými živými organizmami ako konečný produkt metabolizmu dusíkatých zlúčenín (napr. aminokyselín) v takzvanom močovinovom cykle a vylučovaná močom. Čistá močovina je biela, kryštalická, netoxická a hygienicky nezávadná tuhá látka, ktorá by sa nemala zamieňať s kyselinou močovou.

príbeh

Močovinu prvýkrát syntetizoval v roku 1828 Friedrich Wöhler reakciou s kyanátom draselným a síranom amónnym. Močovina sa považuje za prvú organickú zlúčeninu, ktorá sa syntetizuje z anorganických surovín.

To odporovalo vtedy rozšírenej predstave, že organické látky v zásade iba od živých bytostí prostredníctvom tzv „Vis vitalis“ (Životná sila) sa dala vyrobiť. V skutočnosti už v roku 1824 F. Wöhler vykonal hydrolýzu dikyánu na kyselinu šťaveľovú dôkaz, že syntéza organických molekúl nevyžaduje „životnú silu“. [7]

Fyziologický význam

Močovina sa tvorí v metabolizme bielkovín a aminokyselín a je jednou z látok vyžadujúcich moč. U cicavcov, korytnačiek, niektorých rýb a dospelých obojživelníkov je to najdôležitejšia forma vylučovania dusíka obsiahnutého v bielkovinách. Vtáky a väčšina plazov namiesto toho produkujú kyselinu močovú; Pulci, väčšina druhov rýb a iné vodné živočíchy vylučujú dusík ako amoniak.

Amoniak sa produkuje počas štiepenia aminokyselín a má toxický účinok na bunky v zodpovedajúcich vysokých koncentráciách. Aby sa zabránilo zvýšeniu koncentrácie amoniaku, premieňa sa močovinovým cyklom na netoxickú močovinu a vylučuje sa obličkami.

Choroby, ako je akútne alebo chronické zlyhanie obličiek, ako aj diabetická porucha funkcie obličiek, môžu viesť k zvýšeniu hladín močoviny v sére/plazme (normálna hodnota: 10 - 50 mg/dl).

Poruchy a zvláštnosti

Vysoký príjem bielkovín vedie k zvýšeniu hodnôt močoviny aj pri normálnej funkcii obličiek, čo z nej robí zlý parameter obličiek. Pri (pre-) terminálnej renálnej insuficiencii je koncentrácia močoviny v sére vhodnejšia na vyhodnotenie závažnosti urémie ako koncentrácia kreatinínu v sére.

Aplikácie

Vďaka vysokému obsahu dusíka 46,62% je močovina najdôležitejším dusíkatým hnojivom na svete.

Močovina sa tiež často používa ako faktor vlhkosti v kozmetike kvôli svojej vysokej schopnosti viazať vodu. Vo farmácii je močovina známa ako keratolytikum. Táto vlastnosť sa používa v rôznych receptoch. Napríklad má vysoko koncentrovaný (40%) účinok v pastách spolu s protiplesňovými látkami (antimykotikami) proti plesniam nechtov (onychomykóza), čím močovina necht zmäkčuje, takže infikovanú nechtovú látku je možné kúsok po kúsku odstrániť. Používa sa tiež ako zvlhčovač mastí na boj proti atopickým ekzémom a chorobám lišajníkov.

Výrobcovia cigariet pridávajú do tabaku močovinu, aby sa nikotín mohol lepšie absorbovať zvýšením hodnoty pH v pľúcach. To zvyšuje účinok údajne ľahších cigariet.

Močovinu možno použiť aj ako náhradu posypovej soli, čo však nie je hospodárne kvôli jej vyššej cene. Vo Viedni je jej použitie v tomto ohľade - ktoré vedie k nadmernému hnojeniu pôdy - zakázané [8] .

Močovina sa používa na zníženie oxidov dusíka vo výfukových plynoch z elektrární a spaľovacích motorov. Proces SNCR (selektívna nekatalytická redukcia) sa používa v elektrárňach, predovšetkým v menších systémoch. V takzvanom procese SCR (selektívna katalytická redukcia), ktorý sa používa v elektrárňach a čoraz častejšie aj v technológii vozidiel, sa do prúdu horúcich výfukových plynov vstrekuje močovina alebo amoniak. Močovina sa rozkladá na amoniak, ktorý redukuje oxidy dusíka v následnom katalyzátore. V automobilovom priemysle sa používa vodný roztok s 32,5% obsahom močoviny, ktorý je známy pod obchodným názvom AdBlue. Spotreba roztoku močoviny je asi 2 až 8% spotreby paliva.

Močovina sa pridáva do potravín ako stabilizátor. V EÚ je označený ako prídavná látka v potravinách E 927b schválené iba pre žuvačky bez pridania cukru.

Močovina hrá úlohu dodávateľa bielkovín v krmive pre dojnice.

Pridanie močoviny vo vyšších koncentráciách do vodných roztokov vedie k denaturácii bielkovín, takže močovina pôsobí ako denaturant alebo ako chaotropná zlúčenina. Malé koncentrácie močoviny však môžu mať opačný účinok, a to zvýšenie hydrofóbneho účinku a tým stabilizáciu proteínovej štruktúry. [9]

charakteristiky

Po zahriatí nad teplotu topenia močovina kondenzuje za vzniku biuretu a štiepenia amoniaku (NH3):

Močovina reaguje s enzýmom ureázou za vzniku oxidu uhličitého a amoniaku.

Priemyselná výroba

Močovina sa priemyselne vyrába vo veľkých množstvách (2004: 127 miliónov t na celom svete) a používa sa napr. B. ako dusíkaté hnojivo alebo ako činidlo znižujúce NOx v procese SNCR. Prvý výrobný závod bol uvedený do prevádzky spoločnosťou BASF v roku 1922. Karbamát amónny, ktorý sa vytvoril vo vysokotlakom reaktore v prvom kroku pri tlaku 150 bar, sa potom tepelne rozdelil na močovinu v rozkladačoch. Prebytočný amoniak sa použil na výrobu síranu amónneho a dusičnanu amónneho ako hnojiva. Na konci 20. rokov sa proces zdokonalil a prebytok amoniaku sa vrátil do výrobného procesu. Z toho sa vyvinuli rôzne procesy celkového cyklu. Všetky procesy majú spoločné to, že karbamát amónny, ktorý sa exotermicky vytvára v reaktore pri vysokom tlaku, sa v nasledujúcich stupňoch rozkladu endotermicky premieňa na močovinu pri nízkom tlaku a prebytočné plyny sa vracajú do reaktora, a preto sa dnes používajú ekonomické stripovacie procesy.

V krajinách s veľkými zásobami zemného plynu, ktoré boli v minulosti často jednoducho rozšírené, sa dnes zemný plyn premieňa na močovinu. Robia to veľké závody, ktoré využívajú zemný plyn, vzduch a vodu v procesných krokoch výroby vodíka → výroba amoniaku → syntéza močoviny a nakoniec močoviny. (Prísne povedané, uvedené východiskové materiály sa premieňajú na procesný plyn pozostávajúci z H2, N2 a CO2, z ktorého sa odstraňuje CO2. Vodík a dusík sa potom premieňajú na amoniak. Čistý vodík sa v tomto reťazci nevyskytuje). Len 2/3 CO2 separovaného na výrobu amoniaku je viazaných močovinou. Močovina, ktorá sa pôvodne získava v roztoku, sa prevedie na granule a predáva sa vo vreciach alebo sypká. Najväčšie závody na svete produkujú okolo 4 000 ton močoviny denne.

$ \ mathrmCOO \ rbrack NH_4> $ Amoniak a oxid uhličitý exotermicky reagujú za vzniku karbamátu amónneho. $ \ mathrmCOO \ rbrack NH_4 \ longrightarrow H_2NCONH_2 + H_2O> $ Karbamát amónny reaguje endotermicky za vzniku močoviny a vody.

Priemyselným využitím močoviny je výroba melamínu, čo je napr. B. sa spracuje s formaldehydom na syntetické živice a močovino-formaldehydové živice (močovinová živica, tzv. UF živice), z. B. sa používajú na výrobu drevotrieskových dosiek.

Močovina ako minerál

Močovina bola nájdená v roku 1973 ako prírodný sekundárny minerál na vrchu Toppin Hill pri jazere Rason (západná Austrália). Medzinárodná mineralogická asociácia (IMA) ho uznala ako samostatný minerál. Podľa systematiky minerálov podľa Strunza (9. vydanie) sú tieto uvedené ako „Rôzne organické zlúčeniny“ v systéme č. „10.CA.35“. Systematika minerálov podľa Dany, ktorá je bežná aj v anglicky hovoriacich krajinách, uvádza minerál pod systémom č. „50.4.6.1“. [10] [11] [12] Močovina kryštalizuje v tetragonálnom kryštalickom systéme. Vyvíjajú sa z neho bezfarebné až bledožlté alebo bledohnedé kryštály ihlicového tvaru. [13]

Močovina je zložkou moču alebo exkrementov vtákov a netopierov, a preto je zložkou guána a guana netopiera (Chiropterit) [14]. Ako minerál nie je močovina stabilná a môže sa tvoriť iba za suchých podmienok.