Триады Дёберейнера: элементы, объединённые по трое

Кто такой Иоганн Дёберейнер?

Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780–1849) — немецкий химик, получивший образование фармацевта, прежде чем стать профессором химии Йенского университета. Его помнят также по лампе Дёберейнера 1823 года — раннему прообразу зажигалки, в которой струя газообразного водорода загоралась при контакте с платиной, — одному из первых практических применений катализатора.

Подсказка от стронция

В 1817 году Дёберейнер заметил кое-что любопытное в стронции. Его атомный вес лежал почти точно посередине между атомными весами кальция и бария, и химия его была промежуточной: эти три металла образуют сходные соединения, а поведение стронция находится между поведением двух его родственников. Но с единственным примером это легко могло оказаться совпадением.

Триады 1829 года

В 1829 году Дёберейнер опубликовал более широкую версию этой идеи. Он описал несколько групп по три элемента, или триад, в которых элементы химически сходны, а средний атомный вес близок к среднему значению двух крайних. С современными атомными весами закономерность легко проверить. Кальций (40,1), стронций (87,6) и барий (137,3): среднее кальция и бария равно 88,7, что близко к стронцию. Хлор (35,5), бром (79,9) и иод (126,9): среднее двух крайних равно 81,2. Литий (6,9), натрий (23,0) и калий (39,1): среднее равно 23,0, почти точно вес натрия. Сера, селен и теллур образовали четвёртую триаду.

Физические свойства следовали тому же порядку. Хлор — газ, иод — твёрдое вещество, а бром, открытый всего тремя годами ранее, — жидкость между ними; цвет этих трёх галогенов становится глубже, а активность падает в той же последовательности.

Что показали триады

Триады были одним из первых свидетельств того, что атомный вес связан с поведением элемента. Они также показали, что элементы образуют естественные семейства. Каждая из триад Дёберейнера и сегодня находится вместе в одном столбце современной таблицы: щелочные металлы в группе 1, щёлочноземельные металлы в группе 2, халькогены в группе 16 и галогены в группе 17.

Сегодня мы видим, почему средние значения работают. Три члена каждой триады равномерно разнесены по атомному номеру: литий, натрий и калий отстоят на 8 мест, а члены других триад — на 18 мест, поэтому их атомные веса растут примерно равными шагами.

Границы триад

Триады не могли упорядочить большинство элементов. Из более чем 50 элементов, известных в 1829 году, лишь около дюжины аккуратно укладывались в группы по три, а Дёберейнер не предложил способа связать одну триаду с другой или разместить оставшиеся элементы. С точки зрения современных данных правило не работает и внутри семейств: фтор, хлор и бром — все галогены, однако атомный вес хлора (35,5) далёк от среднего значения фтора и брома (49,5).

Более поздние химики, среди них Леопольд Гмелин и Жан-Батист Дюма, нашли больше семейств и числовых закономерностей, но полная система появилась лишь тогда, когда в 1860-х годах стали доступны надёжные атомные веса.