Üre

Karbamid olarak da bilinen üre, kimyasal formülü CO(NH₂)₂ olan organik bir bileşiktir. Bu amid, bir karbonil (C=O) fonksiyonel grubu tarafından birleştirilen iki -NH₂ grubuna sahiptir. ⓘ

Üre ⓘ

İsimler
Telaffuz	urea /jʊəˈriːə/, carbamide /ˈkɑːrbəmaɪd/
Tercih edilen IUPAC adı Üre
Sistematik IUPAC adı Karbonil diamid
Diğer isimler Karbamid Karbonildiamid Karbonildiamin Diaminometanal Diaminometanon
Tanımlayıcılar
CAS Numarası	57-13-6
3D model (JSmol)	İnteraktif görüntü
Beilstein Referans	635724
ChEBI	CHEBI:16199
ChEMBL	ChEMBL985
ChemSpider	1143
DrugBank	DB03904
Gmelin Referans	1378
IUPHAR/BPS	4539
KEGG	D00023
PubChem CID	1176
RTECS numarası	YR6250000
UNII	8W8T17847W
InChI InChI=1S/CH4N2O/c2-1(3)4/h(H4,2,3,4)  Anahtar: XSQUKJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N  InChI=1/CH4N2O/c2-1(3)4/h(H4,2,3,4) Anahtar: XSQUKJJFZCRTK-UHFFFAOYAF
GÜLÜMSEMELER C(=O)(N)N
Özellikler
Kimyasal formül	CO(NH2)2
Molar kütle	60,06 g/mol
Görünüş	Beyaz katı
Yoğunluk	1,32 g/cm3
Erime noktası	133 ila 135 °C (271 ila 275 °F; 406 ila 408 K)
Suda çözünürlük	545 g/L (25 °C'de)
Çözünürlük	500 g/L gliserol 50 g/L etanol ~4 g/L asetonitril
Baziklik (pKb)	13.9
Manyetik duyarlılık (χ)	-33,4-10-6 cm3/mol
Yapı
Dipol moment	4.56 D
TermokimyaCRC El Kitabı
Std entalpi oluşumu (ΔfH⦵298)	-333,19 kJ/mol
Gibbs serbest enerjisi (ΔfG˚)	-197,15 kJ/mol
Farmakoloji
ATC kodu	B05BC02 (KIM) D02AE01 (KIM)
Tehlikeler
GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
NFPA 704 (yangın elması)	1 1 0
Parlama noktası	Yanıcı değildir
Öldürücü doz veya konsantrasyon (LD, LC):
LD50 (medyan doz)	8500 mg/kg (oral, sıçan)
Güvenlik bilgi formu (SDS)	JT Baker
İlgili bileşikler
İlgili üre	Tiyoüre Hidroksikarbamid
İlgili bileşikler	Karbamid peroksit Üre fosfat Aseton Karbonik asit Karbonil florür
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).  doğrulayın (ne olduğunu  ?) Bilgi kutusu referansları

Üre, azot içeren bileşiklerin hayvanlar tarafından metabolize edilmesinde önemli bir rol oynar ve memelilerin idrarındaki ana azot içeren maddedir. Renksiz, kokusuz bir katıdır, suda yüksek oranda çözünür ve pratik olarak toksik değildir (LD₅₀ sıçanlar için 15 g/kg'dır). Suda çözündüğünde ne asidik ne de alkalidir. Vücut onu başta azot atılımı olmak üzere birçok işlemde kullanır. Karaciğer, üre döngüsünde iki amonyak molekülünü (NH₃) bir karbondioksit (CO₂) molekülü ile birleştirerek oluşturur. Üre, gübrelerde azot (N) kaynağı olarak yaygın bir şekilde kullanılır ve kimya endüstrisi için önemli bir hammaddedir. ⓘ

Friedrich Wöhler, 1828 yılında kimyada önemli bir kavramsal dönüm noktası olan inorganik başlangıç maddelerinden üre üretilebileceğini keşfetti. Daha önce yalnızca yaşamın bir yan ürünü olarak bilinen bir maddenin biyolojik başlangıç maddeleri olmadan laboratuvarda sentezlenebileceğini ilk kez göstermiş ve böylece yalnızca canlıların yaşamın kimyasallarını üretebileceğini belirten yaygın vitalizm doktriniyle çelişmiştir. ⓘ

Ürenin sentezini inceleyen Wöhler animasyonu. ⓘ

Üre (Latince Urea Pura), organik bir bileşik. Formülü H₂N-CO-NH₂'dir. Karbonik asidin diamidi olan üre aynı zamanda karbamik asidin de amidi olduğundan karbamid adı ile de bilinir. ⓘ

Ürenin ilk defa 1773 yılında keşfedildiği bilinir. Ancak şüpheden uzak kesin sentezi 1828'de Wöhler tarafından başarılmıştır. Keşfinden bu yana 50'den fazla tepkimede üre bir ürün olarak elde edilmiştir. ⓘ

Amonyum karbonatın 150-200 °C'ye kadar ısıtılmasından üre elde edilir ki bu teknik bir metoddur. Wöhler sentezi olarak bilinen reaksiyonda ise; önce KCN ile PbO₂ karışımı ısıtılarak KCNO elde edilir. KCNO nun amonyum sülfat ile muamelesi sonucu hazırlanan amonyum siyanatın kızdırılmasıyla da üre elde edilir. Üre 132 °C'de eriyen rombik prizmalar veya iğne şeklinde renksiz kristaller verir. Su ve alkolde iyi çözünür. Kloroform, eter veya etil asetatta çözünmez. 132 °C'nin üstünde amonyak, siyanür asidi gibi ürünler vererek bozunur. Nitrik asit, sodyum hipoklorit veya sodyum hipobromit gibi bileşiklerin etkisiyle azot, su ve karbondiokside ayrışır. Seyreltik asit veya alkalilerle ısıtıldığında amonyak ve karbondioksite bozunur. ⓘ

Kullanım Alanları

Tarım

Bangladeş'te üre gübresi üreten bir tesis. ⓘ

Dünyadaki endüstriyel üre üretiminin %90'ından fazlası azot salınımlı gübre olarak kullanılıyor. Üre, yaygın kullanımdaki tüm katı azotlu gübreler arasında en yüksek azot içeriğine sahiptir. Bu nedenle, birim azotlu besin maddesi başına düşük bir nakliye maliyetine sahiptir. Sentetik ürenin en yaygın safsızlığı, bitki büyümesini engelleyen biürettir. Üre toprakta parçalanarak amonyum verir. Amonyum bitki tarafından alınır. Bazı topraklarda amonyum bakteriler tarafından oksitlenerek yine bir bitki besini olan nitratı verir. Azotlu bileşiklerin atmosfere ve yüzey akışına kaybı hem israf hem de çevreye zarar verir. Bu nedenle, üre bazen tarımsal kullanımının verimliliğini artırmak için ön işleme tabi tutulur veya modifiye edilir. Bu tür teknolojilerden biri, inert bir sızdırmazlık maddesi içinde kapsüllenmiş üre içeren kontrollü salımlı gübrelerdir. Bir başka teknoloji de ürenin formaldehit gibi türevlerine dönüştürülmesidir; bu türevler bitkilerin beslenme gereksinimlerine uygun bir hızda amonyağa dönüşür. ⓘ

Reçineler

Üre, iki ana malzeme sınıfının üretimi için bir hammaddedir: üre-formaldehit reçineleri ve deniz kontrplaklarında kullanılan üre-melamin-formaldehit. ⓘ

Patlayıcılar

Üre, endüstriyel olarak ve bazı el yapımı patlayıcı cihazların bir parçası olarak kullanılan yüksek bir patlayıcı olan nitrat yapımında kullanılabilir. ⓘ

Otomobil sistemleri

Üre, Seçici Katalitik Olmayan İndirgeme (SNCR) ve Seçici Katalitik İndirgeme (SCR) reaksiyonlarında dizel, çift yakıtlı ve zayıf yanışlı doğal gaz motorlarının yanmasından kaynaklanan egzoz gazlarındaki NO_x kirleticilerini azaltmak için kullanılır. Örneğin BlueTec sistemi, egzoz sistemine su bazlı bir üre çözeltisi enjekte eder. Ürenin hidrolizi ile üretilen amonyak, nitrojen oksit emisyonları ile reaksiyona girer ve katalitik konvertör içinde nitrojen ve suya dönüştürülür. Bu katalitik konvertörleri kullanan kamyon ve otomobillerin, suda üre çözeltisi olan dizel egzoz sıvısı kaynağı taşımaları gerekir. ⓘ

Laboratuvar kullanımları

Üre, 10 M'a kadar olan konsantrasyonlarda, proteinlerdeki kovalent olmayan bağları bozduğu için güçlü bir protein denatürantıdır. Bu özellik bazı proteinlerin çözünürlüğünü artırmak için kullanılabilir. Üre ve kolin klorür karışımı, iyonik sıvıya benzer bir madde olan derin ötektik çözücü (DES) olarak kullanılır. Derin ötektik bir çözücüde kullanıldığında, üre çözündürülen proteinleri kademeli olarak denatüre eder. ⓘ

Üre, prensip olarak yakıt hücrelerinde daha sonra güç üretimi için bir hidrojen kaynağı olarak hizmet edebilir. İdrarda/atık suda bulunan üre doğrudan kullanılabilir (ancak bakteriler normalde üreyi hızla bozar). Üre çözeltisinin elektroliziyle hidrojen üretimi daha düşük bir voltajda (0,37 V) gerçekleşir ve dolayısıyla suyun elektrolizinden (1,2 V) daha az enerji tüketir. ⓘ

Üre, 8 M'a kadar konsantrasyonlarda, sabit beyin dokusunu görünür ışığa karşı şeffaf hale getirmek için kullanılabilirken, etiketli hücrelerden gelen floresan sinyalleri de korur. Bu, nöronal süreçlerin geleneksel bir foton veya iki foton konfokal mikroskoplar kullanılarak daha önce elde edilenden çok daha derin görüntülenmesini sağlar. ⓘ

Tıbbi kullanım

Üre içeren kremler, cildin rehidrasyonunu teşvik etmek için topikal dermatolojik ürünler olarak kullanılır. Üre %40 psoriasis, kserozis, onikomikoz, iktiyozis, egzama, keratoz, keratoderma, nasır ve nasırlarda endikedir. Oklüzif bir pansumanla kaplandığı takdirde, %40 üre preparatları tırnakların cerrahi olmayan debridmanı için de kullanılabilir. 40'lık üre tırnak plağının "hücreler arası matriksini çözer". Tırnağın sağlıklı kısımları üzerinde herhangi bir etkisi olmadığından sadece hastalıklı veya distrofik tırnaklar çıkarılır. Bu ilaç (karbamid peroksit olarak) aynı zamanda kulak kiri giderici olarak da kullanılır. ⓘ

Üre ayrıca bir idrar söktürücü olarak da incelenmiştir. İlk olarak 1892 yılında Dr. W. Friedrich tarafından kullanılmıştır. YBÜ hastaları üzerinde 2010 yılında yapılan bir çalışmada üre, euvolemik hiponatremiyi tedavi etmek için kullanılmış ve güvenli, ucuz ve basit bulunmuştur. ⓘ

Salin gibi, üre de kürtajı tetiklemek için rahim içine enjekte edilmiştir, ancak bu yöntem artık yaygın olarak kullanılmamaktadır. ⓘ

Kan üre nitrojen (BUN) testi, kandaki üreden gelen nitrojen miktarının bir ölçüsüdür. Böbrek fonksiyonunun bir belirteci olarak kullanılır, ancak kreatinin gibi diğer belirteçlerden daha düşüktür çünkü kan üre seviyeleri diyet, dehidrasyon ve karaciğer fonksiyonu gibi diğer faktörlerden etkilenir. ⓘ

Üre, stenotik kan damarlarına lokal ilaç iletimini artırmak için İlaç Kaplı Balon (DCB) kaplama formülasyonunda bir yardımcı madde olarak da çalışılmıştır. Üre, DCB yüzeyini kaplamak için küçük dozlarda (~3 μg/mm²) bir yardımcı madde olarak kullanıldığında, vasküler endotelyal hücreler üzerinde olumsuz toksik etkiler olmaksızın ilaç transferini artıran kristaller oluşturduğu bulunmuştur. ⓘ

Karbon-14 veya karbon-13 ile etiketlenmiş üre, peptik ülserlerle ilişkili olarak insanların mide ve duodenumunda Helicobacter pylori (H. pylori) bakterisinin varlığını tespit etmek için kullanılan üre nefes testinde kullanılır. Test, üreden amonyak üreten bir reaksiyonla H. pylori tarafından üretilen karakteristik üreaz enzimini tespit eder. Bu, bakterinin etrafındaki mide ortamının pH'ını artırır (asitliği azaltır). H. pylori'ye benzer bakteri türleri maymunlar, köpekler ve kediler (büyük kediler dahil) gibi hayvanlarda aynı testle tanımlanabilir. ⓘ

Çeşitli kullanımlar

• 32,5 üre ve %67,5 deiyonize sudan oluşan dizel egzoz sıvısının (DEF) bir bileşeni. DEF, tehlikeli NO_x emisyonlarını zararsız nitrojen ve suya parçalamak için dizel araçların egzoz akışına püskürtülür.
• Büyümeyi teşvik etmek için nispeten ucuz bir azot kaynağı sağlayan hayvan yeminin bir bileşeni
• Yolların buzunu çözmek için kaya tuzuna aşındırıcı olmayan bir alternatif. Geleneksel kaya tuzu veya kalsiyum klorürden daha az etkili olmasına rağmen genellikle evcil hayvan dostu tuz ikamelerinin ana bileşenidir.
• Nair ve Veet gibi saç çıkarıcıların ana maddesi
• Fabrikada üretilen krakerlerde esmerleştirici bir madde
• Bazı cilt kremleri, nemlendiriciler, saç kremleri ve şampuanlarda bulunan bir bileşen
• Diğer tuzlarla birlikte bir bulut tohumlama maddesi
• Üre-potasyum bikarbonat karışımı gibi kuru kimyasal yangın söndürücü şarjlarında yaygın olarak kullanılan bir alev geçirmezlik maddesi
• Birçok diş beyazlatma ürününde bulunan bir bileşen
• Bulaşık sabununun bir bileşeni
• Diamonyum fosfat ile birlikte, şekerlerin etanole fermantasyonu için bir maya besini olarak
• Jeomühendislik amaçlı okyanus besleme deneylerinde planktonlar tarafından kullanılan bir besin maddesi
• Deri tutkalının çalışma sıcaklığını ve açık kalma süresini uzatmak için katkı maddesi olarak
• Tekstil boyama veya baskı için boya banyolarına çözünürlüğü arttırıcı ve nem tutucu katkı maddesi olarak
• Doğrusal olmayan optikte optik parametrik osilatör olarak ⓘ

Olumsuz etkiler

Üre cilt, gözler ve solunum yolları için tahriş edici olabilir. Gübre formundaki üre ile cilt üzerinde tekrarlanan veya uzun süreli temas dermatite neden olabilir. ⓘ

Kandaki yüksek konsantrasyonlar zarar verici olabilir. Tipik insan idrarında bulunan gibi düşük üre konsantrasyonlarının yutulması, makul bir zaman dilimi içinde ek su alımı ile tehlikeli değildir. Birçok hayvan (örneğin köpekler) çok daha konsantre bir idrara sahiptir ve normal insan idrarından daha yüksek miktarda üre içerir; bu, yaşamı tehdit eden bir durumda (çölde olduğu gibi) tüketim için bir sıvı kaynağı olarak tehlikeli olabilir. ⓘ

Üre, alg patlamalarının toksin üretmesine neden olabilir ve gübrelenmiş arazilerden gelen akıştaki varlığı toksik patlamaların artmasında rol oynayabilir. ⓘ

Bu madde erime noktasının üzerinde ısıtıldığında ayrışarak zehirli gazlar üretir ve güçlü oksidanlar, nitritler, inorganik klorürler, kloritler ve perkloratlarla şiddetli reaksiyona girerek yangın ve patlamaya neden olur. ⓘ

Fizyoloji

Proteinlerin ve diğer biyolojik maddelerin sentezi için kullanılan veya kas proteininin katabolizmasından üretilen gıdalardan alınan amino asitler, alternatif bir enerji kaynağı olarak vücut tarafından oksitlenerek üre ve karbondioksit verir. Oksidasyon yolu, amino grubunun bir transaminaz tarafından çıkarılmasıyla başlar; amino grubu daha sonra üre döngüsüne beslenir. Amino asitlerin proteinden karaciğerde metabolik atığa dönüştürülmesindeki ilk adım, amonyakla sonuçlanan alfa-amino nitrojenin uzaklaştırılmasıdır. Amonyak toksik olduğu için balıklar tarafından hemen atılır, kuşlar tarafından ürik aside dönüştürülür ve memeliler tarafından üreye dönüştürülür. ⓘ

Amonyak (NH₃) azotlu bileşiklerin metabolizmasının yaygın bir yan ürünüdür. Amonyak üreye göre daha küçük, daha uçucu ve daha hareketlidir. Birikmesine izin verilirse, amonyak hücrelerdeki pH'ı toksik seviyelere yükseltebilir. Bu nedenle, bu sentezin net bir enerji maliyeti olmasına rağmen, birçok organizma amonyağı üreye dönüştürür. Pratik olarak nötr olan ve suda yüksek oranda çözünebilen üre, vücudun fazla nitrojeni taşıması ve atması için güvenli bir araçtır. ⓘ

Üre, birçok organizmanın vücudunda üre döngüsünün bir parçası olarak ya amino asitlerin oksidasyonundan ya da amonyaktan sentezlenir. Bu döngüde, amonyak ve L-aspartat tarafından bağışlanan amino grupları üreye dönüştürülürken, L-ornitin, sitrülin, L-argininosüksinat ve L-arginin ara ürünler olarak işlev görür. Üre üretimi karaciğerde gerçekleşir ve N-asetilglutamat tarafından düzenlenir. Üre daha sonra kanda çözülür (2,5 ila 6,7 mmol/litre referans aralığında) ve idrarın bir bileşeni olarak böbrek tarafından taşınır ve atılır. Ayrıca, az miktarda üre (sodyum klorür ve su ile birlikte) ter ile atılır. ⓘ

Suda, amin grupları su molekülleri tarafından yavaşça yer değiştirerek amonyak, amonyum iyonu ve bikarbonat iyonu üretir. Bu nedenle eski, bayat idrar taze idrara göre daha güçlü bir kokuya sahiptir. ⓘ

İnsanlar

Böbrekler tarafından üre döngüsü ve atılımı, memeli metabolizmasının hayati bir parçasıdır. Üre, atık nitrojen taşıyıcısı rolünün yanı sıra, nefronların ters akım değişim sisteminde de rol oynar ve atılan idrardan su ve kritik iyonların yeniden emilmesini sağlar. Üre, nefronların iç medüller toplayıcı kanallarında yeniden emilir, böylece Henle halkasının ince inen kolunu çevreleyen medüller interstisyumdaki ozmolariteyi yükselterek suyun yeniden emilmesini sağlar. ⓘ

Üre taşıyıcı 2'nin etkisiyle, bu geri emilen ürenin bir kısmı sonunda tübülün ince inen koluna, toplama kanallarına ve atılan idrara geri akar. Vücut, antidiüretik hormon tarafından kontrol edilen bu mekanizmayı hiperosmotik idrar, yani kan plazmasından daha yüksek konsantrasyonda çözünmüş madde içeren idrar oluşturmak için kullanır. Bu mekanizma su kaybını önlemek, kan basıncını korumak ve kan plazmasındaki uygun sodyum iyonu konsantrasyonunu muhafaza etmek için önemlidir. ⓘ

Ürenin (mmol cinsinden) eşdeğer azot içeriği (gram cinsinden) 0,028 g/mmol dönüştürme faktörü ile tahmin edilebilir. Ayrıca, 1 gram nitrojen kabaca 6,25 gram proteine eşdeğerdir ve 1 gram protein kabaca 5 gram kas dokusuna eşdeğerdir. Kas erimesi gibi durumlarda, idrardaki 1 mmol aşırı üre (litre cinsinden idrar hacminin mmol/l cinsinden üre konsantrasyonuyla çarpılmasıyla ölçülür) kabaca 0,67 gramlık bir kas kaybına karşılık gelir. ⓘ

Diğer türler

Suda yaşayan organizmalarda azot atığının en yaygın şekli amonyaktır, karada yaşayan organizmalar ise zehirli amonyağı üre veya ürik aside dönüştürür. Üre, memelilerin ve amfibilerin yanı sıra bazı balıkların idrarında bulunur. Kuşlar ve saurian sürüngenler, daha az su gerektiren ve ürik asit şeklinde azot atılımına yol açan farklı bir azot metabolizması biçimine sahiptir. Kurbağa yavruları amonyak salgılar, ancak metamorfoz sırasında üre üretimine geçerler. Yukarıdaki genellemeye rağmen, üre yolu sadece memeliler ve amfibilerde değil, kuşlar, omurgasızlar, böcekler, bitkiler, maya, mantarlar ve hatta mikroorganizmalar dahil olmak üzere diğer birçok organizmada da belgelenmiştir. ⓘ

Analiz

Üre, diasetil monoksim kolorimetrik yöntem ve Berthelot reaksiyonu (ürenin üreaz yoluyla amonyağa ilk dönüşümünden sonra) gibi bir dizi farklı yöntemle kolayca ölçülebilir. Bu yöntemler, otomatik akış enjeksiyon analizörleri ve 96 kuyulu mikro plaka spektrofotometreleri gibi yüksek verimli cihazlara uygundur. ⓘ

İlgili bileşikler

Üreas, iki organik amin kalıntısına bağlı bir karbonil grubu olan aynı fonksiyonel grubu paylaşan bir kimyasal bileşik sınıfını tanımlar: RR'N-C(O)-NRR'. Örnekler arasında karbamid peroksit, allantoin ve hidantoin bulunur. Ürealar biüretlerle yakından ilişkilidir ve yapı olarak amidler, karbamatlar, karbodiimidler ve tiyokarbamidlerle ilişkilidir. ⓘ

Tarihçe

Üre ilk olarak 1727 yılında Hollandalı bilim adamı Herman Boerhaave tarafından idrarda keşfedilmiştir, ancak bu keşif genellikle Fransız kimyager Hilaire Rouelle ve William Cruickshank'a atfedilmektedir. ⓘ

Boerhaave üreyi izole etmek için aşağıdaki adımları kullanmıştır:

1. Suyu kaynatarak taze kremaya benzer bir madde elde etti
2. Kalan sıvıyı sıkmak için filtre kağıdı kullanıldı
3. Yağlı bir sıvının altında katı oluşması için bir yıl beklendi
4. Yağlı sıvı çıkarıldı
5. Katı maddenin suda çözünmesi
6. Üreyi ayırmak için yeniden kristalleştirme kullanıldı ⓘ

1828 yılında Alman kimyager Friedrich Wöhler, gümüş siyanatı amonyum klorür ile muamele ederek yapay olarak üre elde etmiştir.

AgNCO + NH₄Cl → (NH₂)₂CO + AgCl

İlk kez bir organik bileşik, canlı organizmaların katılımı olmaksızın inorganik başlangıç maddelerinden yapay olarak sentezlendi. Bu deneyin sonuçları, canlı organizmaların kimyasallarının cansız maddelerinkinden temelde farklı olduğu teorisi olan vitalizmi dolaylı olarak gözden düşürdü. Bu kavrayış organik kimyanın gelişimi için önemliydi. Keşfi Wöhler'in Berzelius'a zaferle yazmasına neden oldu: "Size insan ya da köpek böbreği kullanmadan üre yapabileceğimi söylemeliyim. Amonyum siyanat üredir." Aslında bu doğru değildi. Bunlar, aynı genel kimyasal formüle sahip N₂H₄CO olan ve standart koşullar altında üre lehine kimyasal dengede bulunan iki farklı kimyasaldır. Her şeye rağmen Wöhler bu keşfiyle organik kimyanın öncüleri arasında yerini aldı. ⓘ

Üretim

Üre endüstriyel ölçekte üretilmektedir: 2012 yılında dünya çapında üretim kapasitesi yaklaşık 184 milyon tondu. ⓘ

Endüstriyel yöntemler

Endüstride kullanılmak üzere üre, sentetik amonyak ve karbondioksitten üretilir. Amonyak üretim sürecinde hidrokarbonlardan (ağırlıklı olarak doğal gaz, daha az sıklıkla petrol türevleri) veya bazen kömürden (su kaydırma reaksiyonu) bir yan ürün olarak büyük miktarlarda karbondioksit üretildiğinden, üre üretim tesisleri neredeyse her zaman amonyağın üretildiği sahanın bitişiğinde yer alır. Doğal gaz hem en ekonomik hem de en yaygın amonyak tesisi hammaddesi olmasına rağmen, bunu kullanan tesisler tüm amonyak çıktılarını üreye dönüştürmek için gereken kadar karbondioksit üretmemektedir. Son yıllarda KM-CDR prosesi gibi yeni teknolojiler, amonyak sentez gazı tesisinin ateşlemeli reforming fırınında üretilen yanma egzoz gazlarından ek karbondioksit geri kazanımı için geliştirilmiş olup, bağımsız azotlu gübre kompleksleri işletmecilerinin amonyağı ayrı bir ürün olarak işleme ve pazarlama ihtiyacından kaçınmalarına ve ayrıca atmosfere sera gazı emisyonlarını azaltmalarına olanak tanımaktadır. ⓘ

Sentez

Amonyum karbamat briketleri kullanan üre tesisi, Sabit Azot Araştırma Laboratuvarı, yaklaşık 1930 ⓘ

1922'de geliştirilen temel proses, keşfedenlerin adıyla Bosch-Meiser üre prosesi olarak da adlandırılır. Çeşitli ticari üre prosesleri, ürenin oluştuğu koşullar ve dönüştürülmemiş reaktanların daha fazla işlenme şekli ile karakterize edilir. Proses, reaktanların tam olarak dönüştürülmediği iki ana denge reaksiyonundan oluşur. Birincisi karbamat oluşumudur: amonyum karbamat ([H₂N-CO₂][NH₄]) oluşturmak için yüksek sıcaklık ve basınçta sıvı amonyağın gaz halindeki karbondioksit (CO₂) ile hızlı ekzotermik reaksiyonu:

2 NH₃ + CO₂ ⇌ [H₂N-CO₂][NH₄] (110 atm ve 160 °C'de ΔH = -117 kJ/mol)

İkincisi üre dönüşümüdür: amonyum karbamatın üre ve suya daha yavaş endotermik ayrışması:

[H₂N-CO₂][NH₄] ⇌ (NH₂)₂CO + H₂O (160 - 180 °C'de ΔH = +15,5 kJ/mol)

NH₃ ve CO₂'nin üreye genel dönüşümü ekzotermiktir, ilk reaksiyondan gelen reaksiyon ısısı ikincisini tetikler. Tüm kimyasal dengeler gibi, bu reaksiyonlar da Le Chatelier prensibine göre hareket eder ve karbamat oluşumunu en çok destekleyen koşullar üre dönüşüm dengesi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Bu nedenle proses koşulları bir uzlaşmadır: ikincisi için gerekli olan yüksek sıcaklığın (yaklaşık 190 °C) ilk reaksiyon üzerindeki kötü etkisi, prosesin ilk reaksiyonu destekleyen yüksek basınç (140 - 175 bar) altında yürütülmesiyle telafi edilir. Gaz halindeki karbondioksiti bu basınca kadar sıkıştırmak gerekse de, amonyak amonyak tesisinden sıvı halde temin edilebilir ve bu da sisteme çok daha ekonomik bir şekilde pompalanabilir. Yavaş üre oluşum reaksiyonunun dengeye ulaşması için geniş bir reaksiyon alanına ihtiyaç vardır, bu nedenle büyük bir üre tesisindeki sentez reaktörü büyük bir basınçlı kap olma eğilimindedir. ⓘ

Üre dönüşümü tamamlanmadığından, ürünün değişmemiş amonyum karbamattan ayrılması gerekir. İlk "düz geçişli" üre tesislerinde bu, karbamatın tekrar amonyak ve karbondioksite ayrışmasına izin vermek için sistem basıncını atmosfere düşürerek yapılırdı. Başlangıçta, amonyak ve karbondioksiti geri dönüşüm için yeniden sıkıştırmak ekonomik olmadığından, amonyak en azından amonyum nitrat veya sülfat gibi diğer ürünlerin üretiminde kullanılırdı. (Karbondioksit genellikle israf edilirdi.) Daha sonraki proses şemaları kullanılmayan amonyak ve karbondioksitin geri dönüşümünü pratik hale getirdi. Bu, reaksiyon çözeltisinin basıncının aşamalı olarak düşürülmesi (önce 18-25 bara, sonra 2-5 bara) ve her aşamada buharla ısıtılan bir karbamat ayrıştırıcısından geçirilmesi, ardından ortaya çıkan karbondioksit ve amonyağın düşen film karbamat yoğunlaştırıcısında yeniden birleştirilmesi ve karbamat çözeltisinin bir önceki aşamaya pompalanması yoluyla gerçekleştirilmiştir. ⓘ

Sıyırma konsepti

"Toplam geri dönüşüm" konseptinin iki ana dezavantajı vardır. Birincisi, akış şemasının karmaşıklığı ve sonuç olarak ihtiyaç duyulan proses ekipmanı miktarıdır. İkincisi ise karbamat çözeltisinde geri dönüştürülen su miktarıdır ki bu da üre dönüşüm reaksiyonundaki denge ve dolayısıyla genel tesis verimliliği üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. 1960'ların başında Hollanda'da Stamicarbon tarafından geliştirilen sıyırma konsepti her iki sorunu da ele almıştır. Ayrıca ısı geri kazanımını ve proseste yeniden kullanımını da geliştirmiştir. ⓘ

Karbamat oluşumu/ayrışmasındaki dengenin konumu, reaktanların kısmi basınçlarının çarpımına bağlıdır. Toplam geri dönüşüm proseslerinde karbamat ayrışması, hem amonyak hem de karbondioksitin kısmi basıncını azaltan genel basıncın düşürülmesiyle teşvik edilir. Bununla birlikte, genel basıncı düşürmeden benzer bir etki elde etmek mümkündür - reaktanlardan sadece birinin kısmi basıncını bastırarak. Toplam geri dönüşüm prosesinde olduğu gibi karbondioksit gazını amonyakla birlikte doğrudan reaktöre beslemek yerine, sıyırma prosesi önce karbondioksiti bir sıyırıcıdan (tam sistem basıncı altında çalışan ve maksimum gaz-sıvı teması sağlayacak şekilde yapılandırılmış bir karbamat ayrıştırıcı) geçirir. Bu, serbest amonyağı dışarı atarak sıvı yüzeyi üzerindeki kısmi basıncını düşürür ve doğrudan bir karbamat yoğunlaştırıcıya (yine tam sistem basıncı altında) taşır. Buradan, yeniden oluşturulmuş amonyum karbamat sıvısı doğrudan reaktöre geçer. Bu, toplam geri dönüşüm sürecinin orta basınç aşamasını tamamen ortadan kaldırır. ⓘ

Sıyırma konsepti o kadar büyük bir ilerlemeydi ki Snamprogetti - şimdiki Saipem - (İtalya), eski Montedison (İtalya), Toyo Engineering Corporation (Japonya) ve Urea Casale (İsviçre) gibi rakiplerin hepsi bunun versiyonlarını geliştirdi. Bugün, tüm yeni üre tesisleri bu prensibi kullanmaktadır ve birçok toplam geri dönüşümlü üre tesisi sıyırma prosesine geçmiştir. Hiç kimse bu yaklaşıma radikal bir alternatif önermemiştir. Günümüzde teknolojik gelişimin ana itici gücü, endüstrinin daha büyük münferit tesislere yönelik taleplerine yanıt olarak, tesisin boyutunu ve toplam yüksekliğini azaltmak ve zorlu çevresel performans hedeflerini karşılamak için tesisteki ana öğeleri yeniden yapılandırmaya ve yeniden yönlendirmeye yöneliktir. ⓘ

Yan reaksiyonlar

Üre dönüşüm reaksiyonunun yavaş olması büyük bir şans. Eğer öyle olmasaydı sıyırıcıda tersine dönerdi. Hal böyle olunca, prosesin sonraki aşamaları, en azından sıcaklık tersine dönme reaksiyonunun çok yavaş olduğu noktaya düşene kadar, bekleme sürelerini en aza indirecek şekilde tasarlanmalıdır. ⓘ

İki reaksiyon safsızlık üretir. Biüret, iki üre molekülü bir amonyak molekülü kaybıyla birleştiğinde oluşur.

2 NH₂CONH₂ → H₂NCONHCONH₂ + NH₃

Normalde bu reaksiyon sentez reaktöründe fazla amonyak tutularak bastırılır, ancak sıyırıcıdan sonra sıcaklık düşürülene kadar gerçekleşir. Biüret gübre üre içinde istenmeyen bir maddedir çünkü mahsul bitkileri için toksiktir, ancak ne ölçüde mahsulün doğasına ve üre uygulama yöntemine bağlıdır. (Biüret aslında sığır yemi takviyesi olarak kullanıldığında üre içinde hoş karşılanır). ⓘ

İzosiyanik asit, üre ile kimyasal dengede olan amonyum siyanatın termal ayrışmasından kaynaklanır:

NH₂CONH₂ → [NH₄][NCO] → HNCO + NH₃

Bu reaksiyon üre çözeltisi düşük basınçta ısıtıldığında en kötü halini alır, bu da çözelti prilling veya granülasyon için konsantre edildiğinde olur (aşağıya bakınız). Reaksiyon ürünleri çoğunlukla üst buharlara uçar ve bunlar tekrar üre oluşturmak üzere yoğunlaştığında yeniden birleşerek proses kondensatını kirletir. ⓘ

Korozyon

Amonyum karbamat çözeltileri metalik yapı malzemelerini, hatta paslanmaz çeliğin daha dayanıklı formlarını, özellikle de sıyırıcı gibi tesisin en sıcak kısımlarını korozyona uğratmaktadır. Tarihsel olarak korozyon, maruz kalan paslanmaz çelik yüzeylerde pasif bir oksit tabakası oluşturmak ve korumak için tesise sürekli olarak az miktarda oksijen (hava olarak) enjekte edilerek en aza indirilmiştir (ortadan kaldırılmasa da). Karbondioksit beslemesi amonyak sentez gazından geri kazanıldığı için, birikmesine izin verildiği takdirde patlayıcı bir karışım oluşturmak üzere pasivasyon havasıyla karışabilecek hidrojen izleri içerir. ⓘ

1990'ların ortalarında iki dubleks (ferritik-östenitik) paslanmaz çelik tanıtılmıştır (Toyo Engineering ve Sumitomo Metals Industries tarafından ortaklaşa geliştirilen DP28W ve Stamicarbon ve Sandvik Materials Technology (İsveç) tarafından ortaklaşa geliştirilen Safurex). Bunlar, üreticilerin pasivasyon oksijeni miktarını büyük ölçüde azaltmasını sağlar. Teorik olarak, hiç oksijen olmadan çalışabilirler. ⓘ

Saipem artık ya zirkonyum sıyırıcı tüpler ya da titanyum gövdeli (daha ucuz ama erozyona daha az dayanıklı) ve metalürjik olarak bağlanmış iç zirkonyum astarlı bimetalik tüpler kullanıyor. Bu tüpler ATI Wah Chang (ABD) tarafından Omegabond tekniği kullanılarak üretilmektedir. ⓘ

Son İşlem

Üre; priller, granüller, peletler, kristaller ve çözeltiler halinde üretilebilir. ⓘ

Katı formlar

Gübre olarak ana kullanımı için üre çoğunlukla pril veya granül olarak katı formda pazarlanmaktadır. Prillerin avantajı, genel olarak granüllerden daha ucuza üretilebilmeleri ve tatmin edici bir üre granülasyon prosesi ticarileştirilmeden çok önce tekniğin endüstriyel uygulamada sağlam bir şekilde yerleşmiş olmasıdır. Bununla birlikte, istenen küresellik derecesinde üretilebilen parçacıkların sınırlı boyutu ve düşük ezilme ve darbe mukavemetleri nedeniyle, prillerin yığın depolama, taşıma ve kullanım sırasındaki performansının genellikle (bazı istisnalar dışında) granüllerden daha düşük olduğu düşünülmektedir. ⓘ

Fosfatlar gibi diğer bileşenlerle birlikte granüle edilmiş azot içeren yüksek kaliteli kompoze gübreler, modern gübre endüstrisinin başlangıcından beri rutin olarak üretilmektedir, ancak ürenin düşük erime noktası ve higroskopik yapısı nedeniyle, aynı tür teknolojiyi üreyi tek başına granüle etmek için uygulamak cesaret gerektirmiştir. Ancak 1970'lerin sonunda üç şirket akışkan yataklı granülasyon geliştirmeye başladı. ⓘ

UAN çözümleri

Karışımda, amonyum nitrat ve ürenin birleşik çözünürlüğü her iki bileşenin tek başına çözünürlüğünden o kadar yüksektir ki, toplam azot içeriği (%32) katı amonyum nitratınkine (%33,5) yaklaşan, ancak elbette üreninkine (%46) yaklaşmayan stabil bir çözelti (UAN olarak bilinir) elde etmek mümkündür. Gübre sınıfı katı amonyum nitratla ilgili devam eden emniyet ve güvenlik endişeleri göz önüne alındığında, UAN, kısa büyüme mevsimi olan bölgelerde amonyum nitratı gübre olarak üreye göre daha cazip kılan agronomik özelliklerden tamamen ödün vermeden önemli ölçüde daha güvenli bir alternatif sunmaktadır. Ayrıca katı bir ürüne göre depolanması ve taşınması daha uygundur ve mekanik yollarla araziye doğru bir şekilde uygulanması daha kolaydır. ⓘ

Laboratuvar hazırlığı

Daha genel anlamda ürelere, laboratuvarda fosgenin birincil veya ikincil aminlerle reaksiyona sokulmasıyla erişilebilir:

COCl₂ + 4 RNH₂ → (RNH)₂CO + 2 [RNH₃]Cl

Bu reaksiyonlar bir izosiyanat ara maddesi üzerinden ilerler. Simetrik olmayan ürelere, birincil veya ikincil aminlerin bir izosiyanat ile reaksiyona girmesiyle erişilebilir. ⓘ

Üre ayrıca amonyum siyanatın 60 °C'ye ısıtılmasıyla da üretilebilir.

[NH₄][OCN] → (NH₂)₂CO ⓘ

Tarihsel süreç

Üre ilk olarak 18. yüzyılın başlarında Herman Boerhaave tarafından idrarın buharlaşmasından fark edilmiştir. 1773 yılında Hilaire Rouelle, insan idrarını buharlaştırarak ve birbirini takip eden filtrasyonlarda alkol ile muamele ederek üre içeren kristaller elde etmiştir. Bu yönteme Carl Wilhelm Scheele'nin konsantre nitrik asitle muamele edilen idrarın kristalleri çökelttiğini keşfetmesi yardımcı olmuştur. Antoine François, comte de Fourcroy ve Louis Nicolas Vauquelin 1799'da nitratlı kristallerin Rouelle'in maddesiyle aynı olduğunu keşfetti ve "üre" terimini icat etti. Berzelius saflaştırma konusunda daha fazla iyileştirme yaptı ve nihayet 1817'de William Prout saf maddenin kimyasal bileşimini elde etmeyi ve belirlemeyi başardı. Geliştirilen prosedürde üre, idrara güçlü nitrik asit eklenerek üre nitrat olarak çöktürülmüştür. Elde edilen kristalleri saflaştırmak için kömürlü kaynar suda çözülmüş ve süzülmüştür. Soğutulduktan sonra saf üre nitrat kristalleri oluşur. Üreyi nitrattan yeniden oluşturmak için kristaller ılık suda çözülür ve baryum karbonat eklenir. Su daha sonra buharlaştırılır ve üreyi çıkarmak için susuz alkol eklenir. Bu çözelti boşaltılır ve buharlaştırılır, geriye saf üre kalır. ⓘ

Özellikler

Moleküler ve kristal yapı

Üre molekülü düzlemseldir. Katı ürede, oksijen merkezi iki N-H-O hidrojen bağına bağlıdır. Ortaya çıkan yoğun ve enerjik olarak elverişli hidrojen bağı ağı muhtemelen verimli moleküler paketleme pahasına kurulmuştur: Yapı oldukça açık olup, şeritler kare kesitli tüneller oluşturmaktadır. Üre içindeki karbon sp² hibridize olarak tanımlanır, C-N bağları önemli çift bağ karakterine sahiptir ve karbonil oksijeni örneğin formaldehit ile karşılaştırıldığında baziktir. Üre'nin yüksek sulu çözünürlüğü, su ile kapsamlı hidrojen bağı kurma yeteneğini yansıtır. ⓘ

Gözenekli çerçeveler oluşturma eğilimi sayesinde üre, birçok organik bileşiği hapsetme yeteneğine sahiptir. Klatrat olarak adlandırılan bu yapılarda organik "misafir" moleküller, hidrojen bağlı üre moleküllerinden oluşan iç içe geçen helikslerin oluşturduğu kanallarda tutulur. Bu davranış, örneğin uçak yakıtı ve yağlama yağlarının üretiminde ve hidrokarbonların ayrılmasında karışımları ayırmak için kullanılabilir. ⓘ

Heliksler birbirine bağlı olduğundan, bir kristaldeki tüm heliksler aynı moleküler yönlülüğe sahip olmalıdır. Bu, kristal çekirdeklendiğinde belirlenir ve böylece tohumlama ile zorlanabilir. Elde edilen kristaller rasemik karışımları ayırmak için kullanılmıştır. ⓘ

Reaksiyonlar

Üre baziktir. Bu nedenle kolayca protonlanır. Aynı zamanda [M(üre)₆]ⁿ⁺ tipinde kompleksler oluşturan bir Lewis bazıdır. ⓘ

Erimiş üre, amonyak gazı ve izosiyanik aside ayrışır:

(H₂N)₂CO → NH₃ + HNCO ⓘ

İzosiyanik asit aracılığıyla, üre ısıtıldığında biüret, triüret, guanidin ve melamin gibi bir dizi yoğunlaşma ürününe dönüşür:

(H₂N)₂CO + HNCO → H₂NCONHCONH_{2 ⓘ}

Sulu çözeltide, üre yavaşça amonyum siyanat ile dengelenir. Bu hidroliz, proteinleri karbamile edebilen izosiyanik asidi oluşturur. ⓘ

Üre, barbitürik asitler yapmak için malonik esterlerle reaksiyona girer. ⓘ

Etimoloji

Üre, Yeni Latince Fransızca urée, Eski Yunanca οὖρον ouron, "idrar" sözcüğünden gelmektedir. ⓘ

Fizyolojik önemi

Üre, fizyolojik önemi bulunan bir bileşiktir. Memelilerin vücudunda protein maddelerinin yakılması sonucu meydana gelen amonyak, karaciğerde karbondioksitle üreye dönüşür. Kana geçen üre, idrarla dışarıya atılır. Üre ayrıca az miktarda ter, süt ve gözyaşında da bulunur. Yetişkin bir insan günde 25-30 gram üreyi idrarla atar. İnsan kanındaki üre miktarı normalde % 50 mg civarındadır. % 50 mg'ın üstü anormaldir. Fakat vücut yaşlandıkça, böbreklerin üreyi vücuttan atma kabiliyeti de her geçen yıl bir parça daha azalacaktır. 40 yaşından itibaren, her yıl böbreklerin süzme kabiliyeti % 1 oranında azalmaktadır. Bu yüzden 75-80 yaşındaki bir kişide kandaki üre miktarının % 65–75 mg bulunmasını normal olarak kabul etmek gerekir. Kandaki üre miktarının beklenen normal değerin üzerinde olması haline üremi adı verilir. ⓘ