尿素：从生物代谢到农业应用

尿素：从生物代谢到农业应用

尿素是一种重要的有机化合物，化学式为CO(NH2)2。它不仅是哺乳动物体内主要的含氮物质，也是农业生产中不可或缺的氮肥原料。本文将从尿素的化学性质、历史背景及其在农业中的应用等方面进行详细介绍。

简介

尿素，又称为羰基二胺或二氨基甲醛，化学式为CO(NH2)2，摩尔质量为60.06 g/mol。它是一种白色固体，密度为1.32 g/cm3，熔点在133至135°C之间。尿素在水中具有很高的溶解度，25°C时可达545 g/L。

尿素是最简单的氨基甲酸酰胺，由两个氨基(-NH2)通过一个羰基官能团(-C(=O)-)连接而成。这种独特的分子结构赋予了尿素许多重要的生物化学和工业应用。

化学性质与历史背景

尿素在动物体内扮演着重要角色，是含氮化合物代谢的关键物质。在哺乳动物中，尿素是尿液中主要的含氮物质。它是一种无色、无味的固体，高度溶于水，几乎无毒（大鼠LD50为15 g/kg）。尿素在水中既不显酸性也不显碱性。

在人体中，肝脏通过尿素循环将两个氨分子(NH3)与一个二氧化碳(CO2)分子结合生成尿素，这是氮排泄过程中的重要步骤。尿素不仅是生物体内的重要物质，也是化学工业的重要原料。

1828年，德国化学家弗里德里希·沃勒(Friedrich Wöhler)首次从无机原料成功合成尿素，这一发现具有划时代的意义。这是人类首次在实验室中合成一种原本被认为只能由生物体产生的物质，直接挑战了当时流行的"生命力论"，即认为只有活的有机体才能产生生命的化学物质。这一发现为现代化学和生物学的发展奠定了重要基础。

农业应用

尿素在农业领域有着广泛的应用，超过90%的工业尿素产量被用作氮释放肥料。作为固体氮肥中含氮量最高的品种，尿素在运输成本上具有显著优势。然而，尿素中常见的杂质——缩二脲，可能会对植物生长造成损害。

尿素在土壤中分解产生铵，铵被植物吸收利用。在某些土壤条件下，铵会被细菌氧化成硝酸盐，这也是植物的重要养分来源之一。为了提高尿素的农业利用效率，减少氮素流失对环境的影响，科研人员开发了多种技术。例如，控释肥料技术将尿素封装在惰性密封剂中，而尿素衍生物技术则通过将尿素转化为甲醛等物质，使其以符合植物营养需求的速度降解为氨。