Мочевина в химии и промышленности¶

Мочевина (карбамид, диамид угольной кислоты) — органическое соединение с химической формулой CO(NH₂)₂. Представляет собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и полярных растворителях. Является конечным продуктом белкового обмена у млекопитающих и одним из важнейших продуктов крупнотоннажного химического синтеза.

¶Химические свойства

Молекулярная масса мочевины — 60,06 а.е.м., температура плавления — 132,7 °C. При нагревании выше температуры плавления разлагается с выделением аммиака и образованием биурета, а при более высоких температурах — циануровой кислоты и аммелида.

Ключевые реакции:

• Гидролиз — в присутствии уреазы или при нагревании с кислотами и щелочами распадается на аммиак и углекислый газ.
• Образование солей — за счёт неподелённых электронных пар атомов азота мочевина проявляет слабые основные свойства, образуя соли с кислотами (например, нитрат мочевины).
• Реакция с альдегидами — образует уротропин с формальдегидом, что лежит в основе производства карбамидоформальдегидных смол.
• Комплексообразование — формирует включения (клатраты) с парафинами и другими соединениями.

¶История открытия

Мочевина была выделена из мочи ещё в 1773 году французским химиком Илером Руэлем. В 1828 году Фридрих Вёлер синтезировал её из аммония цианата, что стало первым в истории случаем получения органического вещества из неорганического сырья и нанесло удар по виталистической теории. Промышленный синтез из аммиака и углекислого газа был освоен в 1920-х годах (процесс Базарова, затем усовершенствованные схемы).

¶Промышленное производство

Современное производство основано на реакции:

2NH₃ + CO₂ ⇄ NH₂COONH₄ ⇄ CO(NH₂)₂ + H₂O

Процесс включает две стадии: образование карбамата аммония при высоком давлении (15–25 МПа) и его дегидратацию при температуре 170–200 °C. Мировое производство мочевины превышает 180 млн тонн в год. Крупнейшие производители — Китай, Индия, Россия, страны Ближнего Востока.

¶Применение

В качестве удобрения мочевина ценится за высокое содержание азота и низкую гигроскопичность. В промышленности используется для получения карбамидоформальдегидных и меламиновых смол, применяемых в производстве ДСП, клеёв и лаков. Водный раствор мочевины (реагент AdBlue) применяется для селективного каталитического восстановления оксидов азота в выхлопных газах дизельных двигателей.

¶Биологическая роль

У человека и многих животных мочевина — основной путь выведения избыточного азота. Она синтезируется в печени в цикле мочевины (орнитиновый цикл), открытом Хансом Кребсом и Куртом Хензелайтом в 1932 году. Суточное выделение мочевины с мочой у взрослого человека составляет 20–35 г. Повышение концентрации мочевины в крови (уремия) служит диагностическим признаком нарушения функции почек.

¶Безопасность

Мочевина относится к малоопасным веществам (4-й класс опасности). При нагревании может выделять токсичные продукты разложения. В больших дозах при попадании в водоёмы вызывает эвтрофикацию. Хранение требует защиты от влаги и прямого нагрева.