logo

logo

الكيمياء والفيزياء | البولة

بوله

Urea -

 البولة

البولة

تحضيرها

الخواص الفيزيائية

الخواص الكيميائية

تفاعل البيوريت

استخدامات البولة

 

البولة urea وتسمى أيضاً الكرباميد، كربونيل ثنائي الأميد، مركب عضوي. صيغتها وهي تؤدي دوراً مهماً في استقلاب (أيض) metabolism المواد الحاوية الآزوت (نتروجين) في الحيوانات، وهي المادة الرئيسية الحاوية الآزوت في بول الثدييات mammals. وينتج الجسم البشري 30-20 غ من البولة يومياً.

اكتشفت البولة أول مرة في البول عام 1727 من قبل العالم الهولندي هيرمان بورهافه H. Boerhaave. البولة أول مركب عضوي اصطنع من مواد لاعضوية. ففي عام 1828 بخَّر فريدريك فوهلر F. Wöhler محلولاً مائياً لسيانات البوتاسيوم وكبريتات الأمونيوم (المعادلة 1) فحصل نتيجة ذلك تماكب سيانات الأمونيوم ثم البولة:

وكان الاعتقاد السائد قبل إجراء فوهلر لهذا التفاعل أن جميع المركبات العضوية التي استخلصت من الكائنات الحية تشكلت بفعل قوة حياتية vital force، وجاءت تجربة فوهلر لتضع حداً لنظرية القوة الحياتية هذه.

وكانت هذه نقطة البداية في نشوء علم الكيمياء العضوية ثم تطورها تطوراً هائلاً، وبقي لهذا الاصطناع في الوقت الحاضر أهمية تاريخية، ومن أجل هذا الاكتشاف عُدّ فوهلر من قبل العديد من الكيميائيين أبا الكيمياء العضوية.

تحضيرها

1- أول تحضير للبولة على سلم صناعي قام به باساروف A.B. Basaroff عام 1868 حيث تم الحصول على البولة بحلمهة (التحلل المائي) كربامات الأمونيوم عند درجة حرارة وضغط مرتفعين (المعادلة 2).

2- في مطلع القرن العشرين تم إنتاج البولة على سلم صناعي بإماهة السيان أميد الذي استحصل من سيان أميد الكلسيوم (المعادلتان 3 و4):

3- وبعد تطور اصطناع الأمونيا بطريقة هابر Haber وبوش Bosch عام 1913، فإن إنتاج البولة من
و
اللذين يتشكلان في أثناء اصطناع الأمونيا تطور بسرعة، وهذه الطريقة هي المعتمدة في الوقت الحاضر لإنتاج البولة على سلم صناعي (المعادلتان 5 و6).

تجاوز إنتاج البولة عالمياًعلى سلم صناعي 150 مليون طن عام 2010.

وهناك طرائق أخرى لتحضير البولة:

4- من معالجة الفوسجين بالنشادر(المعادلة 7):

5- من تفاعل كربونات ثنائية الإتيل مع النشادر (المعادلة 8):

الخواص الفيزيائية

البولة بلورات إبرية أو موشورات مستوية، ليس لها لون أو رائحة.درجة انصهارها 132.7°س، وزن واحدة الحجوم 1.335غ/سم3 عند الدرجة 20°س. تتصعد تحت ضغط مخفف بين درجتي الحرارة 120°و130°س من دون تفكك.

تنحل جيداً في الماء والكحول (الإتانول) أوالأمونيا السائلة و السائل، وهي قليلة الذوبان في الإتر. ينحل من البولة في الماء104.7غ/100غ ماء و20غ/100غ إتانول. سعتها الحرارية 22.4 حريرة (كالوري)/مول عند الدرجة 28.8°س. تبلغ طاقة تكونها من عناصرها 79 كيلو كالوري/مول. أما طاقة احتراقها فهي 151.6 كيلو كالوري/مول. كما تبلغ حرارة انصهارها 57.8 كالوري/غ. وتبلغ حرارة ذوبانها في الماء والإتانول57.8 و50.2 كالوري/غ على الترتيب.

الخواص الكيميائية

1- الخاصة الأساسية: يمكن تصور البنية الإلكترونية للبولة من الصيغ الطنينية (التجاوبية) التي يمكن كتابتها لها (المعادلة 9):

والبولة أساس أحادي الوظيفة وتكوِّن أملاحاً مع بعض الحموض.

أكسالات البولة ونتراتها قليلة الذوبان في الماء.

وعند تكون الأملاح فإنه استناداً إلى توزع الكثافة الإلكترونية -كما يبدو من الصيغ السابقة- تحدث البرتنة عند ذرة الأكسجين. يؤدي تسخين البولة بوجود الحموض والأسس إلى حلمهتها. ويجري هذا التفاعل إنزيمياً ( بوجود إنزيميورتياز) في الشروط الفيزيولوجية العادية (المعادلة 10):

2- تفاعلها مع حمض الآزوتي: إذا عولجت البولة بحمض الآزوتي فإنه يتكون إلى جانب الماء وثنائي أكسيد الكربون؛ الآزوت، وإن قياس حجم الآزوت المنطلق يفيد في تعيين مقدار البولة كمياً (المعادلة 11).

3- تفاعلها مع ماتحت الحموض الهالوجينية: يتكون

الآزوت أو الهدرازين وذلك بحسب شروط التفاعل، وباستخدام هذا التفاعل يمكن الحصول على الهدرازين صناعياً (المعادلتان 12 و13).

4- تشكل اليوريدات: تتفاعل البولة مع كلوريدات الأسيل أو مع بلا ماء الحموض مشكلة اليوريدات، وهي مشتقات البولة الأسيلية المستبدلة عند N (المعادلة 14).

وهي تتفاعل أيضاً مع الحموض ثنائية الكربوكسيل مشكلة يوريدات حلقية، فمع حمض الحماض مثلاً يتكون حمض بارابانيك (إيميدازوليدينتريون-5,4,2) (المعادلة 15).

5- تشكل البيريميدينات: تتشكل البيريميدينات من تكاثف البولة مع 3,1- ثنائيات الكربونيل (المعادلة 16):

6- تحضير اليوريتانات (كربامات الألكيل): عند تسخين البولة في محاليل كحولية تتشكل اليوريتانات عبر مرحلة وسطية يتشكل فيها حمض إيزوسيانيك (المعادلة 17).

يوريتان الإتيل (كربامات الإتيل)

7- تأثير الحرارة: تتفكك البولة عند تسخينها أولاً إلى الأمونيا وحمض إيزوسيانيك، ونتيجة لذلك فإن الطور الغازي فوق محلول البولة يحتوي كمية محسوسة (قابلة للكشف) من HNCO، أما إذا تم التسخين في الطور السائل فإن التفاعل يصل إلى حالة التوازن (المعادلة 18):

أما في محلول مائي ممدد فإن المتشكل يتحلمه بصورة رئيسة إلى و. وفي محاليل أكثر تركيزاً أو في صهارة البولة فإن حمض إيزوسيانيك يتفاعل لاحقاً مع البولة عند درجة حرارة منخفضة نسبياً ليشكل البيوريت: والتريويت وحمض سيانوريك.

وعند درجات عالية من الحرارة يتكون الغوانيدين والأمليد والأميلين والميلامين:

 

 

 

 

تفاعل البيوريت

للبيوريت أهمية خاصة لأنه يعطي مع أملاح النحاس في وسط قلوي لوناً بنفسجياً مميزاً نتيجة تشكل معقدات معها. وتعرف هذه الظاهرة بتفاعل البيوريت الذي يعد كاشفاً للعديد من المواد التي تحوي جزيئاتها وحدتي أميد – CO-NH- على الأقل. يستجيب لهذا التفاعل أيضاً الكحولات الأمينية التي تحوي في وسط الجزيء أو في طرفه الوحدة البنيوية

ويستخدم تفاعل البيوريت أيضاً في الكشف عن الببتيدات والبروتينات كيفياً وكمياً.

يتشكل الميلامين أيضاً من البولة بوجود حفاز في الطور الغازي حيث تتفكك إلى NH3 و HNCO عند ضغط مخفف ومن ثم تتحول حفزياً إلى الميلامين.

8- تفاعل البولة مع أكاسيد الآزوت: تتفاعل البولة مع حيث يكون كلاهما في الطور الغازي عند الدرجة (1150-800)°س وفي الطور المائي عند درجة أخفض مشكلة و و. يستعمل هذا التفاعل صناعياً لإزاحة أكاسيد الآزوت من غازات الاحتراق في عوادم السيارات.

9- تفاعلات البولة مع الفورم ألدهيد: تتفاعل البولة في وسط حمضي مع الفورم ألدهيد معطية مجموعة من المشتقات بدءاً من متيلين البولة وثنائي متيلين البولة وثلاثي متيلين البولة ورباعي متيلين البولة ومتعدد متيلين البولة. تستعمل هذه المنتجات أسمدة تحت اسم عام هو اليوريافورم ureaform وفيما يلي معادلة تشكل متيلين البولة (المعادلة 19):

يتفاعل متيلين البولة مع كمية إضافية من جزيئات الفورم ألدهيد معطياً ثنائي متيلين البولة والأقران الأخرى:

أما تفاعل البولة مع الفورم ألدهيد في وسط قلوي فيستعمل على نطاق واسع لإنتاج بوليمرات (راتنجات) اصطناعية (الراتنجات الأمينية).

استخدامات البولة

إن أكثر من 90% من الإنتاج العالمي للبولة يستخدم سماداً رخيص الثمن حيث يتحرر الآزوت، وهي تحتوي على النسبة الأعلى من الآزوت 46.65% من بين الأسمدة المستخدمة الأخرى.

كما أنها تضاف إلى الغذاء الحيواني فهي توفر مصدراً رخيصاً نسبياً للآزوت اللازم لتنشيط النمو.

تعد البولة مادة أولية للحصول على العديد من المركبات العضوية المهمة مثل راتنجات resins
اليوريا – الفورم ألدهيد، والمواد اللاصقة المصنعة من اليوريا – الميلامين – الفورم ألدهيد والمستخدمة في صناعة الخشب المعاكس. كما تعد سيانات البوتاسيوم مادة أولية مهمة في الصناعة.

تستخدم البولة للحصول على نترات البولة الشديدة الانفجار، كما تستخدم في التقليل من أكاسيد الآزوت الملوثة للبيئة والمنبعثة من عوادم السيارات نتيجة احتراق وقود الديزل احتراقاً غير تام.

وهناك استخدامات أخرى للبولة فهي تستخدم مثبتاً لمادة نترو السلولوز المنفجرة، وهي بديل جيد وآمن يفضل على الملح الصخري المستعمل في إذابة الجليد عن الطرقات والذي يؤدي إلى تآكل هياكل السيارات.

وتضاف البولة إلى سوائل جلي أدوات المطبخ، وبفضل خاصيتها المضادة للَّهب فهي تستعمل مع كربونات البوتاسيوم الحامضة في صناعة طافئات الحريق، كما أنها تضاف إلى أحواض صباغة الأنسجة والطباعة عليها، حيث إنها تزيد الانحلالية وتساعد على الاحتفاظ برطوبة الأنسجة.

أما في مجال الصناعة الدوائية فهي مكوِّن أساسي في مستحضرات إزالة الشعر الزائد، كما أنها تدخل في صناعة الكريمات المرطبة للجلد وفي مكيفات الشعر، وتدخل أيضاً في صناعة الأدوية المدّرة للبول وفي الأدوية المنوِّمة والمهدئة، وكذلك في صناعة مبيضات الأسنان.

فاروق قنديل

مراجع للاستزادة:

- فاروق قنديل، صالح القادري ورفاقه، الكيمياء العضوية، تأليف روبرت موريسون وروبرت بويد، مترجم عن الانكليزية، المركز العربي للتعريب والترجمة والتأليف والنشر، دمشق 2000.

- W. H. Brown, C. S. Foote, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, Organic chemistry, Brook/Cole, 2009.

- P. Y. Bruice, Organic Chemistry, Prentice-Hall Inc., Pearson Education Company, 2006.

- N. Yahya, Green Urea, Springer, 2018.




التصنيف : الكيمياء والفيزياء
النوع : الكيمياء والفيزياء
المجلد: المجلد الخامس
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مستقل

الاستقطاب (قياس-)

 الاستقطاب الاستقطاب (قياس-) الاستقطاب polarization خاصية لأنواع معينة من الأمواج تصف اتجاه اهتزازتها. فالأمواج الكهرطيسية electromagnetic waves مثل الضوء وأمواج الجاذبية تظهر استقطاباً، أما الأمواج الصوتية acoustic في السوائل أو الموائع فليس لها استقطاب، حيث إن اتجاه الاهتزاز هو اتجاه الانتشار ذاته. يُنفذ قياس الاستقطاب polarimetry عادةً على الأمواج الكهرطيسية التي تعبرُ مادة أو جسماً ما، أو تنعكس أو تنكسر أو تنحرف عنها؛ بهدف توصيف تلك المادة أو الجسم. يُستخدم قياس الاستقطاب لتحديد الخصائص الضوئية المختلفة للمواد بما في ذلك الانكسار المضاعف birefringence الخطي، والانكسار...

المزيد »