Urea: propiedades, reacciones, producción y usos
¿Qué es la urea?
La urea, también conocida como carbamida o diamida carbónica, es un compuesto orgánico con la fórmula química CO(NH2)2. A temperatura ambiente, es un sólido incoloro, inodoro e insípido. La urea pura cristaliza en forma de agujas blancas, largas y delgadas, aunque también se observan prismas romboédricos.
La urea participa en muchos procesos biológicos, incluida la degradación de proteínas. El cuerpo humano produce de 20 a 30 g de urea al día como producto de desecho.
Rouelle aisló la urea de la orina en 1773. En 1828, Friedrich Wöhler la sintetizó a partir de amoníaco y ácido ciánico en solución acuosa. Posteriormente, en 1870, la urea se obtuvo calentando carbamato de amonio en un tubo sellado. La investigación sobre su preparación ha avanzado constantemente desde estos primeros estudios.
La producción industrial moderna se basa en la síntesis de Basaroff, en la que el carbamato de amonio se deshidrata a temperatura y presión elevadas:
NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O
A principios del siglo XX, la urea se fabricaba por hidratación de la cianamida, la cual derivaba de la cianamida cálcica:
CaCN2 + H2O + CO2 → CaCO3 + CNNH2
CNNH2 + H2O → CO(NH2)2
En el proceso de amoníaco de Haber-Bosch (1913), tanto el amoníaco como el dióxido de carbono se generaban durante la síntesis de amoníaco, por lo que la producción de urea a partir de estos dos compuestos se expandió rápidamente:
2 NH3 + CO2 ⇌ NH2COONH4
NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O
Hoy en día, toda la urea industrial se prepara mediante reacciones que siguen este mecanismo. El carbamato de amonio se forma por reacción directa de amoníaco con dióxido de carbono y luego se deshidrata a urea a temperatura y presión elevadas. Carl Bosch desarrolló el método químico de alta presión mientras establecía la nueva industria del amoníaco y recibió el Premio Nobel en 1932.
La urea se fabrica en todo el mundo a muy gran escala, y la producción anual superó los 150 × 106 t en 2010. Su principal aplicación es como fertilizante. Como el fertilizante nitrogenado más importante, la urea realiza una contribución fundamental al suministro mundial de alimentos. Otras aplicaciones incluyen suplementos para la alimentación del ganado y la fabricación de resinas, colas, melamina, disolventes y algunos productos medicinales. La urea también reduce las emisiones de NOx mediante reducción catalítica. Está clasificada como un compuesto no tóxico.
1. Propiedades físicas de la urea
La urea pura forma cristales blancos e inodoros en forma de agujas largas y delgadas o prismas romboédricos. La red cristalina es tetragonal-escalenoédrica con una relación de ejes a : c = 1 : 0.833. El cristal es anisotrópico (no cúbico) y, por lo tanto, muestra birrefringencia. Sus índices de refracción a 20 °C son 1.484 y 1.602.
El punto de fusión de la urea es de 132.6 °C, y también se informan valores de 133–134 °C. El calor de fusión es de 13.61 kJ/mol. Las propiedades generales de la urea se recogen en la Tabla 1.
Tabla 1: Propiedades físicas de la urea
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Número CAS | 57-13-6 |
| Fórmula química | CO(NH2)2 |
| Masa molecular | 60.056 g/mol |
| Punto de fusión | 133–134 °C |
| Índice de refracción, nD20 | 1.484, 1.602 |
| Densidad, d420 | 1.3230 g/cm3 |
| Sistema y hábito cristalino | Tetragonal; agujas o prismas |
| Energía libre de formación a 25 °C | −197.15 kJ/mol |
| Calor de fusión (endotérmico) | 251 J/g |
| Calor de disolución en agua (endotérmico) | 243 J/g |
| Calor de cristalización, solución acuosa de urea al 70 % (exotérmico) | 460 J/g |
| Densidad aparente | 0.74 g/cm3 |
| Calor específico a 0 °C | 1.439 kJ kg−1 K−1 |
| Calor específico a 50 °C | 1.661 kJ kg−1 K−1 |
| Calor específico a 100 °C | 1.887 kJ kg−1 K−1 |
| Calor específico a 150 °C | 2.109 kJ kg−1 K−1 |
Las propiedades físicas de la urea fundida a 135 °C se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2: Propiedades físicas de la urea fundida a 135 °C
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad, ρ | 1247 kg/m3 |
| Volumen molecular | 48.16 × 10−3 m3/kmol |
| Viscosidad dinámica, η | 3.018 mPa·s |
| Viscosidad cinemática, ν | 2.42 × 10−6 m2/s |
| Capacidad calorífica molar, Cp | 135.2 J mol−1 K−1 |
| Capacidad calorífica específica, cp | 2.25 kJ kg−1 K−1 |
| Tensión superficial, γ | 66.3 × 10−3 N/m |
Entre 133 y 150 °C, la densidad y la viscosidad dinámica de la urea fundida siguen estas ecuaciones, donde T es la temperatura absoluta en kelvin:
ρ = 1638.5 − 0.96T
ln η = 6700/T − 15.311
La densidad de la urea sólida a 20 °C es de 1335 kg/m3, y su dependencia de la temperatura es de 0.208 kg m−3 K−1.
Entre 240 y 400 K, la capacidad calorífica molar de la urea sólida se describe mediante:
Cp = 38.43 + 4.98 × 10−2T + 7.05 × 10−4T2 − 8.61 × 10−7T3
La presión de vapor de la urea sólida entre 56 y 130 °C viene dada por:
ln Pv = 32.472 − 11 755/T
La urea es higroscópica. Entre 10 y 80 °C, la presión de vapor de agua sobre una solución acuosa saturada de urea depende de la temperatura de la siguiente manera:
ln PH2O°(s) = 175.766 − 11 552/T − 22.679 ln T
La humedad relativa crítica (CRH) se calcula a partir de este valor y de la presión de vapor del agua pura, PH2O°:
CRH = (PH2O°(s)/PH2O°) × 100
La CRH es el umbral a partir del cual la urea comienza a absorber humedad del aire circundante. Disminuye al aumentar la temperatura: 76.5 % a 25 °C, 74.3 % a 30 °C y 69.2 % a 40 °C.
A 25 °C y concentraciones de 0–20 mol de urea por kilogramo de agua, el calor integral de disolución de los cristales de urea en agua (ΔHs) depende de la molalidad m según:
ΔHs = 15.351 − 0.3523m + 2.327 × 10−2m2 − 1.0106 × 10−3m3 + 1.8853 × 10−5m4
La urea y el agua forman una mezcla eutéctica que contiene un 67.5 % en peso de agua. El punto eutéctico es de −11.5 °C.
La solubilidad de la urea en agua, amoníaco, metanol y etanol aumenta con la temperatura, como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3: Solubilidad de la urea en diversos disolventes (% en peso de urea)
| Disolvente | 0 °C | 20 °C | 40 °C | 60 °C | 80 °C | 100 °C |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Agua | 39.5 | 51.8 | 62.3 | 71.7 | 80.2 | 88.1 |
| Amoníaco | 34.9 | 48.6 | 67.2 | 78.7 | 84.5 | 90.4 |
| Metanol | 13.0 | 18.0 | 26.1 | 38.6 | – | – |
| Etanol | 2.5 | 5.1 | 8.5 | 13.1 | – | – |
La Tabla 4 muestra las propiedades de las soluciones acuosas saturadas de urea.
Tabla 4: Propiedades de las soluciones acuosas saturadas de urea
| Temperatura (°C) | Solubilidad (g/100 g de solución) | Densidad (g/cm3) | Viscosidad (mPa·s) | Presión de vapor de H2O (kPa) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 41.0 | 1.120 | 2.63 | 0.53 |
| 20 | 51.6 | 1.147 | 1.96 | 1.73 |
| 40 | 62.2 | 1.167 | 1.72 | 5.33 |
| 60 | 72.2 | 1.184 | 1.72 | 12.00 |
| 80 | 80.6 | 1.198 | 1.93 | 21.33 |
| 100 | 88.3 | 1.210 | 2.35 | 29.33 |
| 120 | 95.5 | 1.221 | 2.93 | 18.00 |
| 130 | 99.2 | 1.226 | 3.25 | 0.93 |
La Tabla 5 enumera las propiedades de las soluciones saturadas de urea en amoníaco líquido.
Tabla 5: Propiedades de las soluciones saturadas de urea en amoníaco
| Temperatura (°C) | Urea en solución (% en peso) | Presión de vapor de la solución (kPa) |
|---|---|---|
| 0 | 36 | 405 |
| 20 | 49 | 709 |
| 40 | 68 | 952 |
| 60 | 79 | 1094 |
| 80 | 84 | 1348 |
| 100 | 90 | 1267 |
| 120 | 96 | 507 |
La Tabla 6 muestra la composición y la densidad de soluciones saturadas de urea en metanol y etanol.
Tabla 6: Propiedades de las soluciones saturadas de urea en metanol y etanol
| Temperatura (°C) | Metanol | Etanol | ||
|---|---|---|---|---|
| Urea (% en peso) | Densidad (g/cm3) | Urea (% en peso) | Densidad (g/cm3) | |
| 20 | 22 | 0.869 | 5.4 | 0.804 |
| 40 | 35 | 0.890 | 9.3 | 0.804 |
| 60 | 63 | 0.930 | 15.0 | 0.805 |
2. Reacciones químicas de la urea
La urea se hidroliza muy lentamente en agua. El primer producto es el carbamato de amonio, que finalmente se descompone en amoníaco y dióxido de carbono.
La urea sólida es estable a temperatura ambiente y presión atmosférica. A presión atmosférica y en su punto de fusión, se descompone en amoníaco, biuret, ácido cianúrico, amelida y triuret. El biuret es el subproducto principal de la urea comercial y el menos deseable. Se informa que el exceso de biuret en la urea de grado fertilizante perjudica el crecimiento de las plantas.
Al calentarse, la urea se descompone principalmente en amoníaco y ácido isociánico (HNCO). Por lo tanto, la fase gaseosa sobre una solución de urea contiene una cantidad considerable de HNCO una vez alcanzado el equilibrio de isomerización en la fase líquida:
CO(NH2)2 ⇌ NH4NCO ⇌ NH3 + HNCO
En solución acuosa diluida, el HNCO se hidroliza principalmente a NH3 y CO2. En una solución concentrada o en una masa de urea fundida, reacciona con más urea a temperaturas relativamente bajas. Los productos son biuret (NH2–CO–NH–CO–NH2), triuret (NH2–CO–NH–CO–NH–CO–NH2) y ácido cianúrico (HNCO)3. A temperaturas más elevadas, también se forman guanidina [CNH(NH2)2], amelida [C3N3(OH)2NH2], amelina [C3N3OH(NH2)2] y melamina [C3N3(NH2)3].
La melamina también se puede obtener a partir de la urea mediante una reacción catalítica en fase gaseosa. Primero, la urea se descompone en amoníaco y ácido isociánico a baja presión, y estos luego se convierten catalíticamente en melamina.
El calentamiento de la urea al vacío en su punto de fusión hace que sublime sin sufrir cambios. A 180–190 °C al vacío, la urea sublime y se convierte en cianato de amonio (NH4OCN). Cuando la urea sólida se calienta rápidamente en una corriente de amoníaco gaseoso a temperatura elevada y a una presión de varios cientos de kPa (varias atmósferas), sublime por completo. Una parte se descompone en ácido ciánico y cianato de amonio.
La urea sólida se disuelve en amoníaco líquido y forma el compuesto inestable urea-amoníaco, CO(NH2)2·NH3, que se descompone por encima de los 45 °C.
La urea-amoníaco forma sales con metales alcalinos, por ejemplo NH2CONHM o CO(NHM)2.
Una baja presión parcial de amoníaco, altas temperaturas y un calentamiento prolongado favorecen la conversión de urea en biuret. A 10–20 MPa (100–200 atm), el calentamiento de biuret con amoníaco rinde urea.
La urea se comporta como una sustancia monobásica y forma sales con ácidos. Con el ácido nítrico da nitrato de urea, CO(NH2)2·HNO3, que se descompone de forma explosiva al calentarse.
En presencia de hidróxido de sodio, la urea reacciona con el nitrato de plata para formar un derivado diargentado de color amarillo pálido. El NaOH convierte primero la urea en su forma imidólica, y esta forma reacciona luego con el AgNO3. Los agentes oxidantes en presencia de NaOH convierten la urea en nitrógeno y dióxido de carbono. El CO2 reacciona con el NaOH para dar carbonato de sodio:
NH2CONH2 + 2NaOH + 3NaOBr → N2 + 3NaBr + Na2CO3 + 3H2O
La urea reacciona con los alcoholes para dar ésteres del ácido carbámico, llamados comúnmente uretanos:
NH2CONH2 + ROH → NH2COOR + NH3
La urea y el peróxido de hidrógeno forman peróxido de urea, CO(NH2)2·H2O2. Este polvo cristalino blanco es un agente oxidante comercializado bajo el nombre comercial Hypersol.
La urea y el ácido malónico dan ácido barbitúrico, un compuesto clave en la química médica.
La urea también reacciona con los óxidos de nitrógeno (NOx) para formar N2, CO2 y H2O. La reacción transcurre en fase gaseosa a 800–1150 °C y en fase líquida a menor temperatura. Se utiliza a nivel industrial para eliminar los NOx de los gases de combustión.
Los productos derivados de la urea y el formaldehído dependen del pH de la disolución y de la relación molar de ambos reactivos. En condiciones ácidas, la urea da lugar a metilenurea, dimetilenurea, trimetilenurea, tetrametilenurea y polimetilenureas. La metilenurea reacciona con más moléculas de formaldehído para dar dimetilenurea y otros homólogos. Estos productos se emplean como fertilizantes de liberación lenta bajo el nombre genérico de ureaforma.
En condiciones básicas, se forma metilolurea (NH2CONHCH2OH) en lugar de metilenurea. Esta reacciona con más formaldehído para producir dimetilolurea, CO(NHCH2OH)2 (HOCH2NHCONHCH2OH), y productos de mayor grado de polimerización. Esta química se utiliza ampliamente en la fabricación de resinas sintéticas. La urea es también la materia prima para la obtención de melamina, necesaria para las resinas de melamina-formaldehído; por lo tanto, constituye el bloque de construcción más importante de las resinas amínicas.
Cuando la urea se aplica al suelo como fertilizante, la enzima ureasa la hidroliza produciendo NH3 y CO2. Posteriormente, las bacterias convierten el NH3 en nitrato, el cual es absorbido por los cultivos.
3. Producción industrial de la urea
A nivel industrial, la urea se produce mediante el proceso de Basarov en dos etapas, haciendo reaccionar amoníaco con dióxido de carbono a temperaturas elevadas (170–220 °C) y presiones de 125–250 bar:
- Formación de carbamato de amonio: Esta etapa es rápida, fuertemente exotérmica (ΔH ≈ -159 kJ·mol-1 en condiciones estándar) y transcurre casi en su totalidad bajo la presión de síntesis. El calor liberado se recupera para la generación de vapor.
- Deshidratación del carbamato: Esta etapa endotérmica (ΔH ≈ +31,4 kJ·mol-1) ocurre exclusivamente en fase líquida y está limitada por el equilibrio químico, requiriendo un tiempo de residencia adecuado a temperaturas elevadas.
Dado que la formación de carbamato genera considerablemente más calor del que absorbe la deshidratación, el proceso global de síntesis de urea es exotérmico. Las presiones de operación se mantienen por encima del umbral de disociación del carbamato de amonio para evitar su descomposición de nuevo a fase gaseosa.
El mantenimiento de una relación molar en exceso de NH3 a CO2 (típicamente de 2,9 a 4,5) cerca del punto azeotrópico positivo minimiza la presión de vapor total, maximiza la conversión de urea por paso y suprime la formación secundaria de biuret y ácido isociánico. El agua en el reactor inhibe severamente la deshidratación del carbamato, por lo que resulta esencial reducir la recirculación de agua hacia el bucle de síntesis.
a) Compresor de CO2; b) Bomba de amoníaco de alta presión; c) Reactor de urea; d) Descomponedor de media presión; e) Columna de separación amoníaco-carbamato; f) Descomponedor de baja presión; g) Evaporador; h) Torre de prillado; i) Desorbedor (unidad de desorción de aguas residuales); j) Sección de condensación al vacío
3.1. Tecnologías de síntesis de urea a alta presión
Más del 90 % de las instalaciones industriales modernas emplean la tecnología de stripping (despojo) a alta presión, en la cual el carbamato no convertido se descompone y se recircula directamente a la presión de síntesis, evitando las pérdidas energéticas asociadas a la despresurización y al reciclado en fase acuosa:
1. El stripping térmico de Saipem (Snamprogetti) utiliza únicamente energía térmica a 200–210 °C dentro de un stripper de película descendente para descomponer el carbamato sin necesidad de un gas de stripping auxiliar. Al operar a aproximadamente 15 MPa con una relación molar de alimentación NH3/CO2 de 3,5, el proceso emplea etapas de recuperación a media presión (1,8 MPa) y baja presión (0,4 MPa), junto con una columna absorbedora de media presión que recupera amoníaco líquido puro para su recirculación. La corrosión a alta temperatura se mitiga mediante tubos bimetálicos (zirconio y acero inoxidable 25-22-2) o tubos OmegaBond.
2. El stripping por CO2 de Stamicarbon opera a aproximadamente 14 MPa con una relación de alimentación NH3/CO2 de 2,95:1, introduciendo gas CO2 fresco como agente de stripping. Los gases que no han reaccionado se condensan en un condensador de carbamato de alta presión, produciendo vapor a baja presión para las operaciones posteriores y eliminando la necesidad de una sección de recuperación a media presión. Los diseños de proceso avanzados incorporan condensadores de piscina (pool condensers), reactores de piscina o configuraciones de bajo nivel AVANCORE fabricadas con acero inoxidable dúplex Safurex.
3. Toyo Engineering Corporation (ACES21) combina el stripping por CO2 con un condensador de carbamato sumergido vertical (VSCC) y un eyector de alta presión accionado por NH3 líquido para la circulación de fluidos. Los equipos están construidos con acero inoxidable dúplex DP28W resistente a la corrosión, lo que permite un diseño de planta de baja altura.
3.2. Operaciones de acabado del producto
La disolución de urea sintetizada (70–85 % en peso de urea acuosa) se concentra y solidifica en formas comerciales mediante tres métodos principales de acabado:
- Perlado (prilling): Evapora la disolución hasta obtener un fundido de urea al 99,6 % en peso, el cual se atomiza desde lo alto de una torre de 60–110 m en contracorriente con aire de enfriamiento. Las perlas (prills) presentan una resistencia mecánica al aplastamiento inferior a la de los gránulos, por lo que a menudo requieren aditivos de formaldehído o agentes de nucleación para evitar su degradación y apelmazamiento durante el transporte.
- Granulación: Hace crecer el fundido líquido de urea sobre partículas semilla en granuladores de lecho fluidizado o de tambor. Los gránulos poseen una resistencia mecánica superior, diámetros de partícula mayores y menores emisiones de polvo, lo que convierte a la granulación en el método preferido para plantas de exportación a gran escala.
- Pastillado (Rotoform): Deposita gotas de urea fundida sobre una cinta de acero refrigerada. Este proceso opera con un bajo consumo energético y mínimas emisiones ambientales, resultando ideal para urea de grado técnico, aplicaciones farmacéuticas o mezclas de fertilizantes de especialidad que contienen azufre o sulfato de amonio.
4. Usos de la urea
La urea es un compuesto químico orgánico ampliamente utilizado en los sectores agrícola, químico e industrial. Más del 90 % de la producción mundial se aplica como fertilizante agrícola. Otras aplicaciones principales incluyen la producción de resinas termoestables, la síntesis de melamina, la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno, la suplementación de nitrógeno no proteico en la alimentación del ganado rumiante, la separación de hidrocarburos mediante complejos de inclusión y formulaciones químicas especializadas.
4.1. Aplicaciones agrícolas y fertilizantes
La urea es el fertilizante nitrogenado sólido predominante a nivel mundial debido a su elevada concentración de nitrógeno, del 46 % en peso de N. El nitrógeno actúa como constituyente fundamental de aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos y estructuras celulares en la vegetación. Un suministro adecuado de nitrógeno potencia la elongación radicular, la proliferación de brotes, la acumulación de biomasa y la absorción de otros nutrientes vegetales acompañantes.
La alta densidad de nutrientes de la urea minimiza los gastos de transporte, almacenamiento y manipulación por unidad de masa de nitrógeno en comparación con otros fertilizantes nitrogenados sólidos. Esta eficiencia económica convierte a la urea en un insumo esencial para mantener la producción de alimentos a nivel global.
4.1.1. Eficiencia en el uso del nitrógeno e impacto ambiental
La eficiencia de absorción vegetal de la urea aplicada oscila entre el 30 % y el 60 %. La fracción no absorbida se pierde por lixiviación de nitrato (NO3−) hacia los subsuelos o por volatilización de amoníaco gaseoso a la atmósfera. Las pérdidas de nitrógeno reducen la eficiencia agrícola e inducen la eutrofización acuática, provocando el agotamiento del oxígeno y un crecimiento algal excesivo en ríos, lagos y ecosistemas marinos.
Las estrategias para minimizar las pérdidas ambientales de nitrógeno incluyen:
- Optimización de las prácticas agronómicas y capacitación técnica de los agricultores. La transferencia de tecnologías agrícolas eficientes a regiones en desarrollo es crítica, donde la agricultura es predominantemente descentralizada y a pequeña escala.
- Uso de formulaciones de urea de liberación lenta y controlada.
- Empleo de técnicas de localización profunda, como los supergránulos de urea.
4.1.2. Tipos de formulación y métodos de procesamiento
La urea comercial para aplicación al suelo se suministra en forma de perlas (prills) o gránulos que contienen entre un 0,8 y un 2,0 % en peso de biuret. Los grados con bajo contenido de biuret (máximo 0,3 % en peso de biuret) se disuelven en agua para pulverizaciones foliares líquidas con el fin de evitar la necrosis foliar.
La urea sirve como fuente de nitrógeno en la fabricación de fertilizantes compuestos. La producción implica mezclar urea fundida o soluciones acuosas antes de la granulación, o mezclar en seco perlas y gránulos de urea sólidos con otros fertilizantes sólidos. La mezcla física en seco requiere homogeneizar el tamaño de los gránulos para evitar la segregación física durante el transporte. Se debe controlar la compatibilidad química; las mezclas de urea y nitrato de amonio son altamente higroscópicas y susceptibles a un apelmazamiento extremo.
Las formulaciones compuestas habituales incluyen urea-fosfato de amonio, urea-sulfato de amonio y urea-fosfato. Las soluciones líquidas concentradas de urea-nitrato de amonio (80–85 % en peso) presentan un elevado contenido de nitrógeno y bajas temperaturas de cristalización, lo que permite un transporte eficiente por tuberías, transporte a granel y aplicación directa en el campo en forma líquida.
4.2. Polímeros y producción de resinas sintéticas
4.2.1. Resinas de urea-formaldehído
Las reacciones de condensación entre la urea y el formaldehído producen resinas amínicas termoestables de urea-formaldehído. Estos materiales se utilizan como adhesivos y aglomerantes en productos de madera de ingeniería (tableros de partículas, contrachapados), polvos de moldeo, barnices de superficie y espumas aislantes. También se aplican como tratamientos superficiales y agentes de impregnación para papel, textiles y cuero.
4.2.2. Síntesis de melamina
La urea es la materia prima química principal para la producción industrial de melamina mediante pirólisis térmica a alta temperatura y alta presión. El amoníaco generado como coproducto se recircula directamente de nuevo al bucle de síntesis de urea para optimizar la eficiencia del proceso. La melamina reacciona con el formaldehído para formar resinas de melamina-formaldehído, que se utilizan en laminados decorativos, recubrimientos de alta durabilidad, compuestos de moldeo, adhesivos y en el procesamiento de textiles o papel.
4.3. Control de emisiones de NOx (reducción catalítica selectiva)
Las soluciones acuosas de urea se utilizan como agentes reductores químicos en sistemas de reducción catalítica selectiva para mitigar las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) procedentes de motores diésel y fuentes de combustión estacionarias. Al inyectarse en corrientes de gases de escape calientes, la urea sufre descomposición térmica e hidrólisis para generar amoníaco. El amoníaco generado reacciona selectivamente sobre un catalizador para convertir los NOx en nitrógeno molecular y vapor de agua.
4.4. Nutrición de animales rumiantes
El ganado rumiante (bovino, ovino) utiliza la urea como fuente de nitrógeno no proteico. Los microorganismos presentes en el rumen expresan enzimas ureasa que hidrolizan la urea en amoníaco, el cual se incorpora posteriormente a la proteína microbiana. La suplementación con urea en la alimentación del ganado está ampliamente implantada en América del Norte, mientras que su uso en Europa Occidental es limitado. La urea también se emplea como fuente de nitrógeno en la fermentación industrial de L-lisina, un aminoácido esencial utilizado en las formulaciones de alimentos para aves de corral.
4.5. Separación de hidrocarburos mediante clatratos de inclusión
La urea de grado reactivo forma complejos de inclusión cristalinos de tipo huésped-anfitrión (clatratos) con moléculas orgánicas de cadena lineal no ramificada (n-alcanos). Durante la cristalización, las moléculas de urea se ensamblan en una red estructural helicoidal con canales cilíndricos que encapsulan los hidrocarburos lineales. El diámetro del canal varía con la temperatura de cristalización, lo que permite una separación selectiva basada en la longitud de la cadena de carbono.
Esta propiedad de inclusión se aplica en el refinado de petróleo para la fabricación de combustibles de aviación de bajo punto de fluidez y para el desparafinado de aceites lubricantes. La estructura anfitriona del clatrato se disocia disolviendo la matriz de urea en agua o alcoholes.
4.6. Usos médicos de la urea
En medicina, la urea se utiliza como agente osmótico para reducir la presión intraocular elevada asociada al glaucoma. También se administra como diurético osmótico para aumentar la diuresis.
Aplicada tópicamente, la urea trata la psoriasis y otras afecciones caracterizadas por una piel seca y descamativa. Las cremas de alta concentración (45 % de urea) se formulan para desbridar lesiones hiperqueratósicas superficiales y favorecer la cicatrización normal de la piel, especialmente cuando la recuperación se ve retrasada por infección localizada, tejido necrótico, restos fibrinosos o purulentos, o escaras. La urea actúa degradando la matriz intercelular, lo que ablanda el estrato córneo y promueve la descamación gradual del tejido escamoso, suavizando así las zonas engrosadas.
Un mecanismo similar se aplica a la lámina ungueal: la urea hidrata y descompone la matriz intercelular, ablandando la estructura de la uña para facilitar su desbridamiento no quirúrgico con el tiempo.
4.7. Otros usos industriales
La urea se utiliza en diversas formulaciones y procesos industriales especializados:
- Agente solubilizante para la desnaturalización de proteínas y almidón en el procesamiento bioquímico.
- Principio activo y estabilizante en preparaciones farmacéuticas, dermatológicas, cosméticas y dentífricos.
- Modificador de viscosidad en el procesamiento del petróleo, así como en recubrimientos de papel a base de caseína y almidón.
- Componente en tintas de impresión, pesticidas, suavizantes de telas y materiales ignífugos.
- Suplemento nutritivo nitrogenado en bioprocesamiento comercial, fermentación y elaboración de cerveza.
- Agente descongelante no corrosivo para pistas de aterrizaje en aeropuertos.
Referencias
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