דיספרופורציונציה

דיספרופורציונציה (Disproportionation) היא תגובת חמצון-חיזור בה יסוד אחד משמש הן כמחמצן והן כמחזר כך שמתקבלים 2 תוצרים אחד בדרגת חמצון גבוהה יותר (תוצר חמצון) והשני בדרגת חמצון נמוכה יותר (תוצר חיזור). תגובת הדיספרופורציונציה הראשונה שתוארה במפורט על ידי הכימאי הפיני יוהאן גדולין בשנת 1788 הייתה של מלחי חומצה טרטרית של בדיל: 2 S n 2 + ⟶ S n + S n 4 + {\displaystyle 2Sn^{2+}\longrightarrow Sn+Sn^{4+}} דוגמה לתגובת דיספרופוציונציה היא פירוק באור של קלומל Hg2Cl2: H g 2 C l 2 ⟶ H g + H g C l 2 {\displaystyle Hg_{2}Cl_{2}\longrightarrow Hg+HgCl_{2}} דרגת החמצון של הכספית במולקולת הקלומל במגיבים 1+, בתגובה נשבר הקשר כספית-כספית ביון המורכב Hg2+2 ומתקבלת כספית מתכתית (דרגת חמצון 0) שהיא תוצר חיזור והחומר היוני HgCl2 בו דרגת החמצון של הכספית 2+ והוא תוצר החמצון של התגובה. כלור גזי מגיב עם מים בתגובת שיווי משקל מתקבל תוצר בו הכלור בדרגת חמצון 1- ותוצר בו אטום הכלור בדרגת חמצון 1+: C l 2 + 2 H 2 O ⇄ H O C l + H 3 O + + C l − {\displaystyle Cl_{2}+2H_{2}O\rightleftarrows HOCl+H_{3}O^{+}+Cl^{-}} בסביבה בסיסית מתקבל תוצר בו דרגת החמצון של הכלור 5+: 3 C l 2 + 6 O H − ⟶ 5 C l − + C l O 3 − + 3 H 2 O {\displaystyle 3Cl_{2}+6OH^{-}\longrightarrow 5Cl^{-}+ClO_{3}^{-}+3H_{2}O} תרכובות פלואור של ברום ויוד נוטות לעבור תגובות דיספרופציונציה. למשל תגובת ברום פלואריד (BrF) לקבלת ברום שלוש פלואורי (BrF3): 3 B r F ⟶ B r 2 + B r F 3 {\displaystyle 3BrF\longrightarrow Br_{2}+BrF_{3}} ותגובת יוד פלואורי (IF) לקבלת יוד חמש פלואורי:(IF5) 5 I F ⟶ 2 I 2 + I F 5 {\displaystyle 5IF\longrightarrow 2I_{2}+IF_{5}} תגובת קניצרו (Cannizzaro reaction) בה הופך אלדהיד לחומצה קרבוקסילית ולאלכוהול. תגובת קניצרו של בנזאלדהיד: פרוק מי חמצן (תגובה הנעשית בקטליזה של אשלגן יודי או באנזים קטלאז): 2 H 2 O 2 ⟶ 2 H 2 + 2 O 2 {\displaystyle 2H_{2}O_{2}\longrightarrow 2H_{2}+2O_{2}} תגובת בודואר (Boudouard reaction) המשמשת בין היתר לייצור ננו צינוריות פחמן: 2 C O ⇄ C + C O 2 {\displaystyle 2CO\rightleftarrows C+CO_{2}} תגובת חנקן דו-חמצני עם מים: 2 N O 2 + H 2 O ⟶ H N O 3 + H N O 2 {\displaystyle 2NO_{2}+H_{2}O\longrightarrow HNO_{3}+HNO_{2}} בעוד שבתהליך הנשימה התאית האירובית אלקטרונים מועברים מהסובסטרט (למשל גלוקוז) למקבל אלקטרונים (חמצן) הרי שבתהליכי תסיסה אנאירוביים חלק מהסובסטרט עצמו צריך לשמש כמחמצן וחלק כמחזר כך שחלק מהאטומים יחוזרו וחלק יחומצנו ותישמר דרגת החמצון הממוצעת של האטומים. תסיסה היא לכן מקרה פרטי של דיספרופורציונציה. אצל חיידקים אנאירוביים 2 מולקולות חומצה פירובית הופכות לחומצה לקטית וחומצת חומץ חיידקים יוצרי מתאן מפיקים אנרגיה בתגובת הדיספורציונציה של חומצה אצטית: C H 3 C O O H ⟶ C H 4 + C O 2 {\displaystyle CH_{3}COOH\longrightarrow CH_{4}+CO_{2}} אצל חיידקים המנצלים גפרית כמקור אנרגיה זוהתה תגובת הדיספרפורציונציה: 4 S + 6 H 2 O ⟶ S O 4 2 − + 3 H 2 S + 2 H 3 O + {\displaystyle 4S+6H_{2}O\longrightarrow SO_{4}^{2-}+3H_{2}S+2H_{3}O^{+}} התגובה ההפוכה לדיספרופורציונציה נקראת קומפרופורציונציה (comproportionation) היא מתרחשת כאשר אטום מופיע בשני מצבי חמצון שונים במגיבים ובמצב חמצון אחד (בין שניהם) בתוצרים. כך למשל בתגובה זו: I O 3 − + 5 I − + 6 H 3 O + ⟶ 3 I 2 + 9 H 2 O {\displaystyle IO_{3}^{-}+5I^{-}+6H_{3}O^{+}\longrightarrow 3I_{2}+9H_{2}O} או בתגובת החמצון-חיזור של גפרית המתרחשת בהתפרצות געשית: 2 H 2 S ( g ) + S O 2 ( g ) ⟶ 3 S ( s ) + 2 H 2 O ( g ) {\displaystyle 2H_{2}S_{(g)}+SO_{2(g)}\longrightarrow 3S_{(s)}+2H_{2}O_{(g)}} מדיה וקבצים בנושא דיספרופורציונציה בוויקישיתוף James E Huheey, 15, The Chemistry ofthe Halogens and the noble gases, Inorganic Chemistry, Harper & Row Publishers INC, עמ' 775 Thamdrup, Bo, et al. "Bacterial disproportionation of elemental sulfur coupled to chemical reduction of iron or manganese." Applied and environmental microbiology 59.1 (1993): 101-108.