Urea

Urea adalah senyawa organik dengan rumus kimia CO(NH₂)₂. Senyawa ini merupakan produk akhir metabolisme protein pada mamalia dan beberapa hewan lainnya, yang kemudian diekskresikan melalui urin. Urea juga dikenal sebagai karbamida dan memiliki peran krusial dalam siklus urea, sebuah proses biokimia yang mengubah amonia yang toksik menjadi senyawa yang lebih aman untuk diangkut dan dibuang dari tubuh. Berbentuk padatan kristal putih, urea sangat larut dalam air dan memiliki bau yang samar. Sifat-sifat ini menjadikannya bahan yang serbaguna dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan pertanian.

Sejarah Penemuan dan Sintesis

Sejarah urea bermula pada tahun 1773 ketika Hilaire Rouelle pertama kali mengisolasi senyawa ini dari urin manusia. Penemuan ini merupakan tonggak sejarah penting dalam kimia organik. Namun, terobosan besar terjadi pada tahun 1828, ketika Friedrich Wöhler berhasil melakukan sintesis urea dari amonium sianat (NH₄CNO) dalam sebuah eksperimen laboratorium. Sintesis Wöhler ini dianggap sebagai salah satu peristiwa paling signifikan dalam sejarah kimia, karena ini adalah pertama kalinya senyawa organik berhasil disintesis dari bahan anorganik, membantah teori vitalisme yang menyatakan bahwa senyawa organik hanya dapat diproduksi oleh organisme hidup. Reaksi sintesis Wöhler adalah sebagai berikut: ${NH}_{4} CNO \to {CO(NH}_{2})_{2}$ Penemuan ini membuka jalan bagi perkembangan kimia organik modern dan sintesis senyawa organik lainnya di laboratorium.

Sifat Fisika dan Kimia

Urea adalah senyawa yang stabil di bawah kondisi normal, tetapi dapat terurai pada suhu tinggi. Beberapa sifat fisika dan kimia utama urea meliputi:

Massa Molar: 60,06 g/mol
Titik Lebur: 133–135 °C (271–275 °F), tetapi terurai sebelum mendidih
Kelarutan dalam Air: Sangat tinggi, sekitar 108 g/100 mL pada 20 °C
Densitas: 1,32 g/cm³
Penampilan: Padatan kristal putih

Secara kimia, urea adalah amida yang mengandung dua gugus amina (-NH₂) yang terikat pada gugus karbonil (C=O). Ikatan hidrogen yang kuat antar molekul urea berkontribusi pada titik lelehnya yang relatif tinggi dan kelarutannya yang baik dalam air. Urea bersifat amfoter lemah, artinya dapat bertindak sebagai basa lemah maupun asam lemah, meskipun sifat ini tidak terlalu menonjol.

Produksi Urea

Produksi urea secara industri sebagian besar dilakukan melalui proses Bosch-Meiser urea yang melibatkan reaksi amonia (NH₃) dan karbon dioksida (CO₂) pada suhu dan tekanan tinggi. Proses ini terdiri dari dua tahap utama:

Pembentukan Amonium Karbamat:

  Pada tahap pertama, amonia cair dan karbon dioksida bereaksi membentuk amonium karbamat. Reaksi ini bersifat eksotermik dan terjadi pada suhu sekitar 180–200 °C dan tekanan 140–175 atmosfer.
   ${2NH}_{3} + {CO}_{2} \to {NH}_{2} {COONH}_{4}$

Dekonposisi Amonium Karbamat menjadi Urea:

  Amonium karbamat kemudian terurai menjadi urea dan air. Reaksi ini bersifat endotermik dan terjadi pada kondisi yang sedikit berbeda dari tahap pertama, seringkali dalam reaktor yang sama atau terpisah.
   ${NH}_{2} {COONH}_{4} \to {CO(NH}_{2})_{2} + H_{2} O$

Produksi urea modern umumnya menggunakan proses daur ulang untuk mengembalikan amonia dan karbon dioksida yang tidak bereaksi kembali ke reaktor, sehingga meningkatkan efisiensi dan mengurangi limbah.

Peran Biologis

Dalam biologi, urea adalah komponen utama dalam siklus urea, yang berfungsi untuk mendetoksifikasi amonia yang sangat toksik, hasil dari metabolisme asam amino dan protein, menjadi senyawa yang kurang toksik yang dapat diekskresikan. Siklus ini terjadi terutama di hati mamalia. Amonia diubah menjadi urea, yang kemudian diangkut melalui darah ke ginjal dan diekskresikan sebagai bagian dari urin. Proses ini sangat vital untuk menjaga keseimbangan nitrogen dalam tubuh dan mencegah penumpukan amonia yang dapat menyebabkan kerusakan saraf dan organ. Organisme lain, seperti ikan air tawar, mengekskresikan amonia langsung, sementara burung dan reptil mengekskresikan asam urat.

Aplikasi di Bidang Pertanian

Aplikasi terbesar urea adalah sebagai pupuk nitrogen. Urea memiliki kandungan nitrogen yang sangat tinggi (sekitar 46% berat), menjadikannya pupuk yang sangat efisien dan ekonomis. Ketika diaplikasikan ke tanah, urea dihidrolisis oleh enzim urease menjadi amonia dan karbon dioksida. Amonia ini kemudian diubah menjadi ion amonium (NH₄⁺) dan nitrat (NO₃⁻) oleh mikroorganisme tanah, bentuk nitrogen yang dapat diserap oleh tanaman. Penggunaan urea sebagai pupuk sangat penting dalam meningkatkan produktivitas pertanian global. Beberapa keuntungan penggunaan urea sebagai pupuk meliputi:

Kandungan nitrogen tinggi, memungkinkan aplikasi yang lebih sedikit untuk jumlah nitrogen yang sama.
Harga relatif murah dibandingkan pupuk nitrogen lainnya.
Mudah larut dalam air, cocok untuk aplikasi irigasi.
Lebih stabil dan kurang mudah menguap dibandingkan amonia anhidrat.

Aplikasi di Bidang Industri

Selain sebagai pupuk, urea juga memiliki berbagai aplikasi penting di industri:

Produksi Resin: Urea digunakan sebagai bahan baku utama dalam produksi resin urea-formaldehida (UF), yang digunakan sebagai perekat pada kayu lapis, papan partikel, dan MDF. Resin ini juga digunakan dalam produksi plastik dan pelapis.
Aditif Pakan Ternak: Dalam jumlah terbatas, urea dapat digunakan sebagai sumber nitrogen non-protein (NPN) dalam pakan ternak ruminansia seperti sapi dan domba. Mikroorganisme dalam rumen dapat mengubah urea menjadi protein mikrobial yang dapat dicerna oleh hewan.
Kosmetik dan Farmasi: Urea digunakan dalam kosmetik dan produk farmasi sebagai agen pelembap (emolien) dan keratolitik. Dalam salep dan krim, urea membantu melembutkan kulit kering dan bersisik.
Bahan Pereduksi Emisi: Urea merupakan komponen kunci dalam AdBlue (larutan urea berair), yang digunakan dalam sistem reduksi katalitik selektif (SCR) pada kendaraan diesel untuk mengurangi emisi nitrogen oksida (NOx) yang berbahaya.
Bahan Baku Kimia: Urea digunakan sebagai bahan baku untuk produksi berbagai senyawa kimia lainnya, termasuk melamin, hidrazin, dan asam barbiturat.

Dampak Lingkungan dan Kesehatan

Meskipun urea relatif aman, penggunaan berlebihan atau tidak tepat dapat menimbulkan dampak lingkungan dan kesehatan.

Pencemaran Air: Ketika urea diterapkan sebagai pupuk, sebagian dapat larut dan terbawa ke badan air, menyebabkan eutrofikasi. Peningkatan kadar nitrogen dapat memicu pertumbuhan alga yang berlebihan, mengurangi kadar oksigen terlarut dan membahayakan kehidupan akuatik.
Emisi Gas Rumah Kaca: Hidrolisis urea di tanah dapat melepaskan amonia ke atmosfer, yang berkontribusi pada pembentukan partikulat halus dan hujan asam. Selain itu, proses nitrifikasi dan denitrifikasi di tanah dapat menghasilkan dinitrogen oksida (N₂O), gas rumah kaca yang kuat.
Kesehatan Manusia: Dalam dosis tinggi, urea dapat menyebabkan iritasi pada kulit, mata, dan saluran pernapasan. Keracunan urea yang parah, meskipun jarang, dapat terjadi jika tertelan dalam jumlah besar. Namun, secara umum, urea dianggap memiliki toksisitas rendah.

Metode Pengujian dan Analisis

Berbagai metode digunakan untuk menguji dan menganalisis kadar urea dalam sampel biologis dan industri:

Uji Urease: Ini adalah metode umum yang memanfaatkan enzim urease untuk menghidrolisis urea menjadi amonia dan karbon dioksida. Amonia yang dihasilkan kemudian dapat diukur secara kolorimetri atau dengan elektroda selektif ion.
Spektrofotometri: Urea dapat bereaksi dengan agen pewarna tertentu, seperti diacetyl monoxime (DAM) atau p-dimethylaminobenzaldehyde (DMAB), untuk membentuk senyawa berwarna yang dapat diukur menggunakan spektrofotometer.
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (HPLC):