Döbereiners Triaden: die Elemente, die zu dritt auftraten

Wer war Johann Döbereiner?

Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) war ein deutscher Chemiker, der zunächst eine Ausbildung zum Apotheker absolvierte, bevor er Professor für Chemie an der Universität Jena wurde. Bekannt ist er auch für das Döbereiner-Feuerzeug von 1823, ein frühes Feuerzeug, bei dem ein Wasserstoffstrom bei Kontakt mit Platin Feuer fing, eine der ersten praktischen Anwendungen eines Katalysators.

Ein Hinweis von Strontium

1817 bemerkte Döbereiner etwas Merkwürdiges an Strontium. Sein Atomgewicht lag fast genau in der Mitte zwischen dem von Calcium und dem von Barium, und auch seine Chemie lag dazwischen: Die drei Metalle bilden ähnliche Verbindungen, und das Verhalten von Strontium liegt zwischen dem seiner beiden Verwandten. Mit nur einem Beispiel hätte es aber leicht ein Zufall sein können.

Die Triaden von 1829

1829 veröffentlichte Döbereiner eine umfassendere Fassung der Idee. Er beschrieb mehrere Dreiergruppen, die Triaden, in denen die Elemente chemisch ähnlich sind und das mittlere Atomgewicht nahe am Mittelwert der beiden äußeren liegt. Mit modernen Atomgewichten lässt sich das Muster leicht überprüfen. Calcium (40,1), Strontium (87,6) und Barium (137,3): Der Mittelwert von Calcium und Barium ist 88,7, nahe an Strontium. Chlor (35,5), Brom (79,9) und Iod (126,9): Der Mittelwert der äußeren beiden ist 81,2. Lithium (6,9), Natrium (23,0) und Kalium (39,1): Der Mittelwert ist 23,0, fast genau das Gewicht von Natrium. Schwefel, Selen und Tellur bildeten eine vierte Triade.

Auch die physikalischen Eigenschaften folgten derselben Ordnung. Chlor ist ein Gas, Iod ein Feststoff, und Brom, das erst drei Jahre zuvor entdeckt worden war, ist eine Flüssigkeit dazwischen; die Farbe der drei Halogene wird dunkler und ihre Reaktionsfähigkeit nimmt in derselben Reihenfolge ab.

Was die Triaden zeigten

Die Triaden gehörten zu den ersten Belegen dafür, dass das Atomgewicht mit dem Verhalten eines Elements zusammenhängt. Sie zeigten auch, dass Elemente natürlichen Familien angehören. Jede von Döbereiners Triaden steht im modernen Periodensystem noch immer zusammen in einer einzigen Spalte: die Alkalimetalle in Gruppe 1, die Erdalkalimetalle in Gruppe 2, die Chalkogene in Gruppe 16 und die Halogene in Gruppe 17.

Heute sehen wir, warum die Mittelwerte funktionieren. Die drei Mitglieder jeder Triade liegen in der Ordnungszahl gleichmäßig verteilt: Lithium, Natrium und Kalium liegen 8 Plätze auseinander, die Mitglieder der anderen Triaden 18 Plätze, daher steigen ihre Atomgewichte in ungefähr gleichen Schritten.

Die Grenzen der Triaden

Mit Triaden ließen sich die meisten Elemente nicht ordnen. Von den mehr als 50 im Jahr 1829 bekannten Elementen passte nur etwa ein Dutzend sauber in Dreiergruppen, und Döbereiner bot keine Möglichkeit, eine Triade mit einer anderen zu verbinden oder die übrigen Elemente einzuordnen. Mit modernen Daten betrachtet, versagt die Regel auch innerhalb von Familien: Fluor, Chlor und Brom sind alle Halogene, doch das Atomgewicht von Chlor (35,5) liegt weit vom Mittelwert von Fluor und Brom (49,5) entfernt.

Spätere Chemiker, darunter Leopold Gmelin und Jean-Baptiste Dumas, fanden weitere Familien und Zahlenmuster, doch ein vollständiges System musste warten, bis in den 1860er-Jahren verlässliche Atomgewichte verfügbar wurden.