Triady Döbereinera: pierwiastki występujące trójkami

Kim był Johann Döbereiner?

Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) był niemieckim chemikiem, który wykształcił się jako farmaceuta, zanim został profesorem chemii na Uniwersytecie w Jenie. Pamięta się go także z powodu lampy Döbereinera z 1823 roku, wczesnej zapalniczki, w której strumień gazowego wodoru zapalał się w kontakcie z platyną, co było jednym z pierwszych praktycznych zastosowań katalizatora.

Wskazówka od strontu

W 1817 roku Döbereiner zauważył coś ciekawego w przypadku strontu. Jego masa atomowa leżała niemal dokładnie w połowie między masami wapnia i baru, a jego chemia też była pośrednia: te trzy metale tworzą podobne związki, a zachowanie strontu mieści się między zachowaniem jego dwóch krewnych. Przy tylko jednym przykładzie mogło to jednak łatwo być zbiegiem okoliczności.

Triady z 1829 roku

W 1829 roku Döbereiner opublikował szerszą wersję tej idei. Opisał kilka grup po trzy, czyli triad, w których pierwiastki są chemicznie podobne, a środkowa masa atomowa jest bliska średniej z dwóch skrajnych. Ze współczesnymi masami atomowymi łatwo to sprawdzić. Wapń (40,1), stront (87,6) i bar (137,3): średnia wapnia i baru to 88,7, blisko strontu. Chlor (35,5), brom (79,9) i jod (126,9): średnia dwóch skrajnych to 81,2. Lit (6,9), sód (23,0) i potas (39,1): średnia to 23,0, niemal dokładnie masa sodu. Siarka, selen i tellur tworzyły czwartą triadę.

Właściwości fizyczne układały się w tej samej kolejności. Chlor jest gazem, jod ciałem stałym, a brom, odkryty zaledwie trzy lata wcześniej, jest cieczą pośrodku; barwa tych trzech fluorowców pogłębia się, a ich reaktywność maleje w tej samej kolejności.

Co pokazały triady

Triady były jednym z pierwszych dowodów na to, że masa atomowa jest związana z zachowaniem pierwiastka. Pokazały też, że pierwiastki należą do naturalnych rodzin. Każda z triad Döbereinera nadal stoi razem w jednej kolumnie współczesnego układu: metale alkaliczne w grupie 1, berylowce w grupie 2, chalkogeny w grupie 16 i fluorowce w grupie 17.

Dziś widzimy, dlaczego średnie się sprawdzają. Trzej członkowie każdej triady są równomiernie rozmieszczeni pod względem liczby atomowej: lit, sód i potas dzieli 8 miejsc, a członków pozostałych triad 18 miejsc, więc ich masy atomowe rosną w mniej więcej równych krokach.

Granice triad

Triady nie mogły uporządkować większości pierwiastków. Spośród ponad 50 pierwiastków znanych w 1829 roku tylko około tuzina dawało się zgrabnie ułożyć w grupy po trzy, a Döbereiner nie podał sposobu, by połączyć jedną triadę z drugą ani umieścić pozostałe pierwiastki. Z perspektywy współczesnych danych reguła zawodzi także wewnątrz rodzin: fluor, chlor i brom to wszystkie fluorowce, a jednak masa atomowa chloru (35,5) jest daleka od średniej fluoru i bromu (49,5).

Późniejsi chemicy, wśród nich Leopold Gmelin i Jean-Baptiste Dumas, znaleźli więcej rodzin i liczbowych prawidłowości, ale pełny system musiał poczekać, aż w latach 60. XIX wieku staną się dostępne wiarygodne masy atomowe.