UREA

UREA (XXXIV, p. 780, App. I, p. 1098)

L'importanza dell'u. è andata aumentando enormemente negli ultimi 20 anni, essendo un ottimo fertilizzante (contiene il più alto tenore di azoto, 46% in peso) e un importante prodotto di partenza per numerosissime reazioni chimiche di applicazione industriale e farmaceutica. L'u. è la diammide dell'acido carbammico; la molecola è un ibrido di risonanza fra due strutture che ne determinano il carattere monobasico. Perciò reagisce con gli acidi inorganici dando i rispettivi sali dei quali alcuni trovano impiego come fertilizzanti (fosfati di urea).

I più importanti prodotti industriali ottenuti chimicamente dall'u. sono quelli di condensazione con ammine e soprattutto con formaldeide (v. plastiche, materie, App. II, 11, p. 559), da cui si ottengono resine, colle e vernici (v. in questa App.), polveri per stampaggio a caldo e fertilizzanti (v. in questa Appendice). I tipi di prodotto si differenziano in base al tipo di catalizzatore, al rapporto molare u.-formaldeide, alla temperatura e tempo di reazione: variando questi parametri si avranno prodotti liquidi o solidi.

Attualmente l'impiego di gran lunga più importante dell'u. è quale fertilizzante in agricoltura, sia sotto forma solida che in soluzione acquosa insieme con altri componenti (ammoniaca, fosfato e nitrato ammonico, ecc.). Il prodotto solido viene commercializzato quasi esclusivamente sotto forma di sferette bianche di 1,5 ÷ 2,5 mm di diametro, essendo questa la forma più idonea per impedire la presa in massa in magazzino o nei sacchi, e che possiede la massima fluidità per la distribuzione con macchine automatiche sul terreno.

Il processo di assimilazione dell'azoto ureico nelle piante partendo da u. solida procede in questo modo: si ha dapprima una rapida dissoluzione nell'ambiente colloidale del terreno e poi la trasformazione enzimatica a carbonato ammonico. In seguito intervengono i batteri nitrificanti che lo trasformano gradualmente in nitrato ammonico. Il processo completo richiede circa 3 ÷ 4 settimane di tempo a seconda delle condizioni climatiche e della composizione del terreno. A differenza degli altri fertilizzantì azotati l'u. si dissolve nel suolo colloidale e ciò ne diminuisce le perdite per dilavamento in caso di pioggia: in seguito intervengono i processi enzimatici con il risultato di avere un'assimilazione graduale. Un'applicazione particolare dell'u., quale soluzione acquosa spruzzata sulle foglie di piante come ananas, tabacco, cedri, richiede un prodotto particolarmente puro con valori di biureto inferiori allo 0,3% in peso per non rovinare i germogli e non bloccare la sintesi delle proteine che avviene nel tessuto foliare. Il biureto e altri prodotti di decomposizione termica si formano durante il processo di sintesi e di trattamento dei prodotti di reazione.

La sintesi industriale dell'u. si fa partendo da ammoniaca e anidride carbonica secondo la reazione:

La reazione procede attraverso la formazione intermedia di carbammato ammonico e la successiva disidratazione di questo a urea. Mentre la prima reazione è esotermica, quasi istantanea, e risulta essere pressoché completa, la seconda è endotermica, assai lenta e di equilibrio. Pertanto la miscela finale della reazione stechiometrica è costituita da u., acqua e carbammato ammonico. Essa viene realizzata industrialmente in fase liquida in un reattore operante alla temperatura di 180 ÷ 200 °C e alla pressione di 150 ÷ 220 kg/cm² con tempi di soggiorno compresi fra 20 e 60 minuti, a seconda della composizione dell'alimentazione. Poiché infatti nella reazione si raggiungono condizioni di equilibrio, per aumentare la trasformazione dei componenti di partenza in u. si opera con eccesso di NH₃. I valori di tale eccesso variano fra il 2,7 e il 5,5, intesi come rapporto molare NH₃ su CO₂. A seconda del valore di tale rapporto variano le condizioni di temperatura e pressione della reazione di sintesi, la quale avviene esclusivamente in fase liquida.

Gl'impianti moderni trasformano pressoché quantitativamente i reagenti in u.: ciò si ottiene separando termicamente in fase gassosa il carbammato dall'u. e riciclando al reattore in soluzione acquosa i gas NH₃ e CO₂ così ottenuti. Le tecnologie realizzative delle varie fasi di distillazione, separazione liquido-gas e assorbimento differenziano tra loro i vari processi industriali. La quasi totalità dei processi parte da NH₃ liquida e CO₂ gassosa, prodotte in uno stesso impianto da gas naturale, da idrocarburi liquidi o dalla gassificazione del carbone.

Il continuo aumento dei consumi di u., quale fertilizzante e prodotto industriale, ha provocato in un brevissimo volgere di anni un rapido incremento della capacità di produzione degl'impianti: attualmente si costruiscono unità da 1500 t/giorno. Con ciò si raggiunge una notevole economia di scala sui costi di produzione che tendono a diminuire grazie a continue innovazioni tecnologiche e di processo.

L'Italia vanta una solida esperienza e tradizione nel campo dei processi e delle tecnologie degl'impianti di u., iniziando dai primi processi Montecatini degli anni Cinquanta, e continuando al presente con la Montedison e con la Snamprogetti che ha rinnovato e incrementato a livello mondiale l'apporto di idee e di lavoro italiano per la soluzione di questo problema.