德贝赖纳的三元素组：三个一组的元素

约翰·德贝赖纳是谁？

约翰·沃尔夫冈·德贝赖纳（1780—1849）是德国化学家，起初受训成为药剂师，后来成为耶拿大学的化学教授。人们还记得他 1823 年发明的德贝赖纳灯，这是一种早期的打火器，氢气流与铂接触后会起火，是催化剂最早的实际应用之一。

来自锶的线索

1817 年，德贝赖纳注意到锶有些奇特。它的原子量几乎正好落在钙和钡的中间，它的化学性质也介于两者之间：这三种金属形成相似的化合物，锶的行为介于它的两个同类之间。不过只有一个例子，这很可能只是巧合。

1829 年的三元素组

1829 年，德贝赖纳发表了这一想法的更广泛的版本。他描述了几组三个一组的元素，即三元素组，其中的元素化学性质相似，中间的原子量接近外侧两个的平均值。用现代原子量很容易验证这一规律。钙（40.1）、锶（87.6）和钡（137.3）：钙和钡的平均值是 88.7，接近锶。氯（35.5）、溴（79.9）和碘（126.9）：外侧两个的平均值是 81.2。锂（6.9）、钠（23.0）和钾（39.1）：平均值是 23.0，几乎正好是钠的原子量。硫、硒和碲构成了第四个三元素组。

物理性质也遵循同样的顺序。氯是气体，碘是固体，而三年前才发现的溴是介于两者之间的液体；这三种卤素的颜色依次加深，反应活性按同样的顺序降低。

三元素组揭示了什么

三元素组是原子量与元素行为相关联的最早证据之一。它们还表明元素属于天然的类别。德贝赖纳的每个三元素组在现代周期表中仍然处在同一列：碱金属在第 1 族，碱土金属在第 2 族，硫族元素在第 16 族，卤素在第 17 族。

今天我们可以明白为什么平均值行得通。每个三元素组的三个成员在原子序数上是等间隔的：锂、钠和钾相隔 8 位，而其他三元素组的成员相隔 18 位，所以它们的原子量大致以相等的步长增加。

三元素组的局限

三元素组无法整理大多数元素。在 1829 年已知的 50 多种元素中，只有大约十几种恰好能整齐地分成三个一组，而且德贝赖纳没有给出把一个三元素组与另一个联系起来的方法，也没有给出安置剩余元素的办法。用现代数据来看，这条规则在同一类别内部也不成立：氟、氯和溴都是卤素，但氯的原子量（35.5）与氟和溴的平均值（49.5）相差甚远。

后来的化学家，包括利奥波德·格梅林和让-巴蒂斯特·杜马，发现了更多的类别和数字规律，但完整的体系要等到 19 世纪 60 年代有了可靠的原子量之后才能出现。