Como se forma espontaneamente a ureia

Descoberta nova reação: potencial para uma síntese de ureia sustentável e com baixo consumo de energia

02.07.2025

A ureia é considerada uma possível molécula chave na origem da vida. Os investigadores do ETH descobriram uma forma anteriormente desconhecida de este bloco de construção se formar espontaneamente em superfícies aquosas sem necessidade de energia adicional.

Luis Quintero / ETH Zürich

Representação gráfica da formação de ureia numa gota

A ureia é um dos mais importantes produtos químicos industriais produzidos em todo o mundo. É utilizada como fertilizante, para a produção de resinas sintéticas e explosivos e como aditivo de combustível para limpar os gases de escape dos automóveis. Acredita-se também que a ureia é um potencial bloco de construção chave para a formação de moléculas biológicas como o ARN e o ADN, em ligação com a questão da origem da vida. Até agora, a origem da própria ureia na Terra primitiva não foi esclarecida de forma conclusiva.

Uma equipa de investigação liderada por Ruth Signorell, Professora de Físico-Química na ETH Zurich, descobriu uma via de reação até agora desconhecida para a formação da ureia, que poderá fornecer uma resposta. O estudo acaba de ser publicado na revista Science.

Química à superfície da água

Para a produção industrial de ureia a partir de amoníaco (NH₃) e dióxido de carbono (CO₂) são necessárias pressões e temperaturas elevadas ou catalisadores químicos. As enzimas permitem que a mesma reação ocorra em humanos e animais, removendo o amoníaco tóxico da decomposição de proteínas como a ureia. Como esta molécula simples contém azoto e carbono e provavelmente existiu na Terra primitiva desabitada, muitos investigadores vêem a ureia como um possível precursor de biomoléculas complexas.

"No nosso estudo, mostramos uma forma pela qual a ureia se poderia ter formado na Terra pré-biótica", diz Signorell - "nomeadamente onde as moléculas de água interagem com os gases atmosféricos: na superfície da água".

Reator na borda de uma gota

A equipa de Signorell estudou minúsculas gotículas de água, como as que se encontram na pulverização marítima e na névoa fina. Os investigadores observaram que a ureia pode formar-se espontaneamente a partir de dióxido de carbono (CO₂) e amoníaco (NH₃) na camada superficial das gotículas em condições ambientais. A interface física entre o ar e o líquido cria um ambiente químico especial na superfície da água que torna possível a reação espontânea.

Como uma gota tem uma área de superfície muito grande em relação ao seu volume, as reacções químicas ocorrem principalmente perto desta superfície. Formam-se gradientes de concentração química nesta área, que actua como um reator microscópico. O gradiente de pH ao longo da camada interfacial das gotículas de água cria o ambiente ácido necessário, que abre vias não convencionais que, de outro modo, não teriam lugar em líquidos.

"O aspeto notável desta reação é que ocorre em condições ambientais sem qualquer energia externa", explica Mercede Mohajer Azizbaig, um dos dois primeiros autores. Este facto não só torna o processo interessante do ponto de vista técnico, como também fornece informações valiosas sobre processos que podem ser importantes para a evolução.

Uma janela para os primórdios da Terra

A origem da vida é atualmente objeto de uma grande quantidade de investigação, com diferentes abordagens a serem exploradas. O primeiro autor, Pallab Basuri, explica: "Dado que se trata de um campo de investigação tão controverso, era importante para nós fundamentar as nossas observações". Os cálculos teóricos efectuados pelos co-autores Evangelos Miliordos e Andrei Evdokimov da Universidade de Auburn apoiaram os resultados experimentais e confirmaram que a reação da ureia nas gotículas ocorre sem qualquer fornecimento de energia externa.

Os resultados sugerem que esta reação natural também poderia ter sido possível na atmosfera da Terra primitiva - uma atmosfera que era rica em CO₂ e que provavelmente continha pequenos vestígios de amoníaco. Nesses ambientes, os aerossóis aquosos ou as gotículas de nevoeiro poderiam ter actuado como reactores naturais nos quais se formaram moléculas precursoras como a ureia. "O nosso estudo mostra como interfaces aparentemente mundanas podem tornar-se espaços de reação dinâmicos, sugerindo que as moléculas biológicas podem ter uma origem mais comum do que se pensava", afirma Signorell.

A longo prazo, a reação direta do CO₂ e do amoníaco em condições ambientais poderá também ter potencial para a produção de ureia e de produtos a jusante que respeitem o clima.

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