Les triades de Döbereiner : les éléments qui vont par trois

Qui était Johann Döbereiner ?

Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) était un chimiste allemand, formé comme pharmacien avant de devenir professeur de chimie à l'université d'Iéna. On se souvient aussi de lui pour le briquet de Döbereiner de 1823, un des premiers briquets, dans lequel un jet de dihydrogène s'enflammait au contact du platine, l'une des premières utilisations pratiques d'un catalyseur.

Un indice venu du strontium

En 1817, Döbereiner a remarqué quelque chose de curieux à propos du strontium. Son poids atomique se situait presque exactement à mi-chemin entre ceux du calcium et du baryum, et sa chimie était elle aussi intermédiaire : les trois métaux forment des composés semblables, et le comportement du strontium se situe entre celui de ses deux parents. Avec un seul exemple, cependant, il pouvait facilement s'agir d'une coïncidence.

Les triades de 1829

En 1829, Döbereiner a publié une version plus large de l'idée. Il a décrit plusieurs groupes de trois, ou triades, dans lesquels les éléments sont chimiquement semblables et le poids atomique du milieu est proche de la moyenne des deux extrêmes. Avec les poids atomiques modernes, la régularité est facile à vérifier. Calcium (40,1), strontium (87,6) et baryum (137,3) : la moyenne du calcium et du baryum est 88,7, proche du strontium. Chlore (35,5), brome (79,9) et iode (126,9) : la moyenne des deux extrêmes est 81,2. Lithium (6,9), sodium (23,0) et potassium (39,1) : la moyenne est 23,0, presque exactement le poids du sodium. Le soufre, le sélénium et le tellure formaient une quatrième triade.

Les propriétés physiques suivaient le même ordre. Le chlore est un gaz, l'iode un solide, et le brome, découvert seulement trois ans plus tôt, est un liquide intermédiaire ; la couleur des trois halogènes s'intensifie et leur réactivité diminue dans la même séquence.

Ce que les triades ont montré

Les triades ont été parmi les premières preuves que le poids atomique est lié au comportement d'un élément. Elles ont aussi montré que les éléments appartiennent à des familles naturelles. Chacune des triades de Döbereiner se trouve toujours réunie dans une seule colonne du tableau moderne : les métaux alcalins dans le groupe 1, les métaux alcalino-terreux dans le groupe 2, les chalcogènes dans le groupe 16 et les halogènes dans le groupe 17.

Aujourd'hui, on comprend pourquoi les moyennes fonctionnent. Les trois membres de chaque triade sont régulièrement espacés en numéro atomique : le lithium, le sodium et le potassium sont séparés de 8 places, et les membres des autres triades de 18 places ; leurs poids atomiques augmentent donc par paliers à peu près égaux.

Les limites des triades

Les triades ne pouvaient pas organiser la plupart des éléments. Sur les plus de 50 éléments connus en 1829, seulement une douzaine environ s'intégraient proprement dans des groupes de trois, et Döbereiner n'offrait aucun moyen de relier une triade à une autre ni de placer les éléments restants. Avec les données modernes, la règle échoue aussi à l'intérieur des familles : le fluor, le chlore et le brome sont tous des halogènes, pourtant le poids atomique du chlore (35,5) est loin de la moyenne du fluor et du brome (49,5).

Des chimistes ultérieurs, parmi lesquels Leopold Gmelin et Jean-Baptiste Dumas, ont trouvé d'autres familles et régularités numériques, mais un système complet a dû attendre que des poids atomiques fiables soient disponibles dans les années 1860.