尿素，這個看似簡單的有機化合物（化學式 CO(NH?)?），卻在自然界、農業(yè)生產和現(xiàn)代工業(yè)中扮演著極其關鍵且多元化的角色。它不僅是哺乳動物蛋白質代謝的主要終產物，更是全球農業(yè)賴以生存的氮肥支柱，并在工業(yè)領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

關鍵物理性質：
外觀： 常溫常壓下為無色、無嗅的針狀或棱柱狀晶體。工業(yè)產品通常為白色顆?；蛐A珠（粒狀尿素）。
熔點： 132.7°C（常壓下）。加熱超過熔點時，尿素會分解。
溶解度： 極易溶于水，這是其作為肥料和工業(yè)原料的重要特性。溶解度隨溫度升高而顯著增加（20°C時約119g/100ml水，100°C時約733g/100ml水）。也溶于液氨、乙醇、苯，微溶于乙醚。
吸濕性： 固體尿素具有一定的吸濕性，相對濕度超過80%時吸濕性顯著增強，這對其儲存有重要影響。造粒和添加防結塊劑是改善儲存性的常用方法。

主要化學性質：
弱堿性： 其水溶液呈弱堿性（pH值約7-9），因為氨基能微弱地接受質子。它能與強酸反應生成鹽（如硝酸尿素 CO(NH?)?·HNO?）。
水解： 在酸、堿或脲酶（一種廣泛存在于土壤和微生物中的酶）的催化下，尿素可水解生成氨和二氧化碳：
CO(NH?)? + H?O → 2NH? + CO?
這是尿素在土壤中轉化為植物可吸收氮形態(tài)的關鍵步驟，也是其潛在氨揮發(fā)損失的基礎。


縮二脲生成： 尿素加熱至約150°C以上時，兩分子尿素脫去一分子氨，生成縮二脲（NH?CONHCONH?）?？s二脲對某些植物（特別是幼苗）有毒，是化肥尿素質量控制的一個重要指標（通常要求含量低于1-1.5%）。
絡合作用： 尿素能與許多金屬離子形成絡合物，也常用于蛋白質變性劑（破壞氫鍵）。

哈伯-博世法合成氨 (1913年)：
由弗里茨·哈伯發(fā)明、卡爾·博什工業(yè)化的這一工藝，實現(xiàn)了在高溫（400-500°C）、高壓（15-25 MPa）和鐵基催化劑作用下，從氮氣（N?，來自空氣）和氫氣（H?，通常來自天然氣或煤炭）直接合成氨（NH?）：
N? + 3H? ? 2NH?
這是整個現(xiàn)代氮肥工業(yè)（包括尿素）的基石，解決了固定大氣氮的核心難題。
尿素的工業(yè)生產：
基礎反應分兩步：
氨與二氧化碳反應生成氨基甲酸銨 (中間體)：
2NH? + CO? ? NH?COONH? (放熱反應)


施用與轉化：
尿素施入土壤后，不能直接被植物大量吸收。它需要經(jīng)過水解作用（主要由土壤微生物分泌的脲酶催化）轉化為銨離子（NH??）和碳酸氫根（HCO??）：
CO(NH?)? + 2H?O + H? → 2NH?? + HCO??
生成的NH??可以被植物直接吸收利用，也可以進一步通過硝化作用轉化為硝酸根（NO??）供植物吸收。水解速率受土壤溫度、濕度、pH值和脲酶活性影響，通常在幾天到幾周內完成。


挑戰(zhàn)與科學施用：
氨揮發(fā)損失： 尿素水解產生的NH??會使施肥點局部pH值升高，導致部分NH??轉化為氣態(tài)氨（NH?）揮發(fā)到大氣中。這是尿素氮素損失的主要途徑之一，尤其在高pH值土壤、石灰性土壤、或施于地表未覆土時損失嚴重。深施覆土、雨后或灌溉前施用、添加脲酶抑制劑（如NBPT）是減少氨揮發(fā)的有效措施。

硝化與淋溶/反硝化損失： NH??轉化為NO??后，易隨水向下淋溶流失或在水淹條件下經(jīng)反硝化作用生成N?O或N?損失。使用硝化抑制劑（如DCD, DMPP）可以延緩這一過程。
縮二脲毒害： 如前所述，尿素中過量的縮二脲可能對敏感作物（如柑橘、菠蘿、咖啡、蔬菜幼苗）產生毒害。選擇低縮二脲含量產品或避免在苗期作種肥/根際施用是關鍵。

土壤酸化潛力： 雖然尿素本身中性，但其轉化過程中（硝化作用）會產生H?，長期大量施用可能導致土壤酸化，尤其是在緩沖能力弱的土壤上。需配合石灰或其他堿性物質施用。
科學施用原則： 遵循“適合作物、適地、適時、適量”原則，結合土壤測試和植物營養(yǎng)診斷，進行基肥、追肥的合理分配，并積極采用深施、分次施、配合抑制劑等增效技術。