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什么是尿素?它有什么作用?

文章出处:未知 作者:admin 人气: 时间:2019-04-13 17:22 【

农作物的生长离不开化肥,正是由于化肥的使用,才养活了数以亿计的人口。常用的化肥分为氮肥、磷肥、钾肥三大类,而尿素属于氮肥的重要品种。下面,我们就来全面认识一下尿素
1. 尿素的结构、理化性质
1773年,伊莱尔·罗埃尔(Hilaire-Marin Rouelle)从动物的尿液中发现了尿素。1828年,弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸钾与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵(Ammonium cyanate,NH4NCO),却意外得到了尿素。

由此证明了活力论是错误的。活力论认为无机物与有机物有根本性差异,所以无机物无法变成有机物。而尿素的合成推翻了这一理论,也标志着有机化学的诞生。
以下是尿素的物理和化学性质。
物理性质:
性状:无色或白色针状或棒状结晶体,工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒,无臭无味(是的,你没看错),含氮量约为46.67%(根据分子量计算,实际含氮量看纯度)。
沸点:196.6°Cat760mmHg。
折射率:n20/D 1.40。
闪点:72.7°C。
密度:1.335。
熔点:132.7
水溶性:1080 g/L (20)。
溶解性:溶于水、甲醇、甲醛、乙醇、液氨和醇,微溶于乙醚、氯仿、苯。弱碱性。
化学性质:
可与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应,生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。加热至160分解,产生氨气同时变为异氰酸。
尿素在酸、碱、酶作用下(酸、碱需加热)能水解生成氨和二氧化碳。
对热不稳定,加热至150~160将脱氨成缩二脲。硫酸铜和缩二脲反应呈紫色,可用来鉴定尿素。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。
在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲(又称巴比妥酸,因其有一定酸性)。
氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应,缩聚成脲醛树脂。
与水合肼作用生成氨基脲。
        最后需要解释的一点是,既然尿素是无色无味的,那么尿中的刺激性气味是从何而来呢?这里涉及到一个望文生义的错误。正如鱼香肉丝里没有鱼,老婆饼里没有老婆一样,尿素也并不必然是尿的气味。实际上,尿之所以有刺激性气味,是由于尿素溶解在水中会生成少量的铵根离子,后者分解放出氨气(做过大学化学实验的,对这货的气味想必记忆犹新)而导致的,而黑锅却让尿素足足背了几百年!
2. 尿素的制备方法——如何得到尿素?
商用尿素的原料是氨与二氧化碳。后者在以焦炭或烃(如天然气和石油)为原料生产氨的过程中,会大量产生。尿素因此直接从这些原料中就产生了。
        尿素生产是一个平衡的化学反应,其反应物不完全成为反应结果。生产过程、设定的反应条件、如何处理未转化的反应物,皆可能不同。由于使用大量的反应物,未反应的反应物可用以生产其它产品,(如硝酸铵或硫酸铵),也可回收再投入反应。
实际的合成反应普遍认为应是在液相中分如下两大步完成的。
第一步是过量的液氨与干冰反应为氨基甲酸铵。由于是可逆的放热反应,反应需要带走热能的设备。
2NH3 + CO2 ↔ H2N-COONH4 + 28千卡
第二步是加热氨基甲酸铵为尿素;这步是一个可逆的吸热反应。反应需要带走水分的设备。
H2N-COONH4 ↔ (NH2)2CO + H2O - 3.6千卡
尿素的反应总式为:
2NH3+CO2 → CO(NH2)2+H2O
为可逆的放热反应。
而生产尿素所需要的原料氨气,则可通过哈珀合成法,由氢气和氮气在高温、高压下合成。
3. 尿素的用途——上天入地,无所不能!
        只要是学过初中化学的,都知道尿素是一种优质氮肥(理论含氮量高达46.67%),但事实上,尿素的应用远远不止化肥,而是广阔得多。据统计,尿素的应用主要有近20种,涵盖农业、工业、医学、食品等多个领域,真可谓是上得厅堂,下得厨房。
        农业方面,在化肥的使用中,氮肥的运用最为广泛也最为重要。目前全球的氮肥使用量占化肥总使用量的60%,磷肥为23%,钾肥则为17%。国际上的氮肥基本上以尿素为主,尿素是目前全球使用量最大的化肥。我国的氮肥使用占化肥总使用量的比重达到73%,磷肥则为22%,钾肥则只有5%。目前国内的氮肥主要以尿素为主,占氮肥消费比重的60%(即尿素占国内化肥消费的比重达到43.8%左右)。
        除此之外,国内还使用碳酸氢铵(NH4HCO3)、硫酸铵{(NH4)2SO4}、氯化铵(NH4Cl)、氨水(NH3.H2O)、液氨(NH3)、硝酸铵(NH4NO3)等氮肥,但尿素的含氮量是其中最高的,也便于运输储存,因而占据了使用量的头把交椅。
        尿素不但可以作为化肥供植物生长,也可以作为动物的食物。1897年,Waesk 等人提出反刍动物能转化非蛋白质氮为菌体蛋白质的想法。1949年,C. J. Watson 等人喂食绵羊含有N15标记的尿素胶囊,4天后在绵羊血液、肝脏、肾脏中检验出含有N15的蛋白质。这证实了反刍动物可以利用非蛋白质氮,进一步研究表明,其胃里的微生物能利用尿素合成其生长所需的10种必需氨基酸。自此,尿素及尿素化合物成为牛、羊等反刍动物的饲料添加剂了。我们在吃牛肉的时候可能想不到,这货可能是“喝尿”长大的!
       工业方面,尿素主要用于生产脲醛树脂、三聚氰胺和三聚氰酸。
       其中,尿素和甲醛生成脲醛树脂,主要用于生产木材的粘合剂,同时也用于生产部分的塑料制品,如插线板、电源开关、马桶盖等日常用品。你可能怎么也想不到,天天使用的插线板,竟然会和尿素有关系。
这货竟然是用尿做成的?
       三聚氰胺则是用于生产涂料和部分塑料,前些年曝光的毒牛奶中的有害物质就是三聚氰胺,它是一种对人体有害的物质;三聚氰酸则主要用于漂白剂、杀菌剂或是除草剂。此外,尿素是纺织工业在染色和印刷时的重要辅助剂,能提高颜料可溶性,并使纺织品染色后保持一定的湿度。
       除了农业和工业以外,尿素在医学上也有一定的运用。由于尿素具有提高皮肤湿度的作用,因此在部分手术之后的外涂物中含有大量的尿素。除此之外,告诉女性朋友和部分花样美男们一个不幸的消息,化妆品中也是含有少量的尿素的,所以你敷在脸上的,也许和你早上排泄出来的是一样的东西!
据统计,尿素的用途主要包括:
特殊塑料的原料,尤其是尿素甲醛树脂;
某些胶类的原料;
肥料和饲料的成分;
取代防冻的盐撒在街道,优点是不使金属腐蚀;
加强香烟的气味;
赋予工业生产的椒盐卷饼棕色;
某些洗发剂、清洁剂的成分;
急救用制冷包的成分,因为尿素与水的反应会吸热;
处理柴油机、发动机、热力发电厂的废气,尤其可降低其中氮氧化物的含量;
催雨剂的成分;
过去用来分离石蜡,因为尿素能形成包合物;
耐火材料;
环保引擎燃料的成分;
美白牙齿产品的成分;
作为化学肥料。


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