德貝萊納的三元素組：三個一組的元素

約翰·德貝萊納是誰？

約翰·沃爾夫岡·德貝萊納（1780–1849）是德國化學家，受過藥劑師訓練，後來成為耶拿大學的化學教授。他也以 1823 年的德貝萊納燈而為人所記得，這是一種早期的打火機，氫氣流接觸到鉑就會著火，是催化劑最早的實際應用之一。

來自鍶的線索

1817 年，德貝萊納注意到鍶有些奇特之處。它的原子量幾乎正好落在鈣和鋇的中間，而且它的化學性質也介於兩者之間：這三種金屬形成相似的化合物，鍶的行為處於其兩個同族元素之間。不過，只有一個例子，很可能只是巧合。

1829 年的三元素組

1829 年，德貝萊納發表了這個想法的更廣泛版本。他描述了幾組三個一組的元素（三元素組），其中的元素化學性質相似，中間的原子量接近外側兩者的平均值。用現代的原子量很容易驗證這個規律。鈣（40.1）、鍶（87.6）和鋇（137.3）：鈣和鋇的平均值是 88.7，接近鍶。氯（35.5）、溴（79.9）和碘（126.9）：外側兩者的平均值是 81.2。鋰（6.9）、鈉（23.0）和鉀（39.1）：平均值是 23.0，幾乎正好是鈉的原子量。硫、硒和碲構成了第四個三元素組。

物理性質也遵循同樣的順序。氯是氣體，碘是固體，而僅在三年前才被發現的溴是介於兩者之間的液體；這三種鹵素的顏色依序加深，反應性依同樣的順序降低。

三元素組揭示了什麼

三元素組是原子量與元素行為相關的最早證據之一。它們也顯示元素屬於天然的家族。德貝萊納的每個三元素組在現代週期表中仍然排在同一行：第 1 族的鹼金屬、第 2 族的鹼土金屬、第 16 族的硫族元素和第 17 族的鹵素。

如今我們可以看出平均值為什麼成立。每個三元素組的三個成員在原子序上是等距的：鋰、鈉和鉀相距 8 位，其他三元素組的成員相距 18 位，所以它們的原子量大致以相等的間隔上升。

三元素組的局限

三元素組無法整理大多數元素。在 1829 年已知的 50 多種元素中，只有約十來種能整齊地歸入三個一組，而且德貝萊納沒有提供把一個三元素組與另一個連起來、或安置剩餘元素的方法。以現代數據來看，這個規則在家族內部也會失效：氟、氯和溴都是鹵素，但氯的原子量（35.5）遠不是氟和溴的平均值（49.5）。

後來的化學家，包括利奧波德·格梅林和讓－巴蒂斯特·杜馬，發現了更多家族和數值規律，但完整的體系必須等到 1860 年代有了可靠的原子量之後才出現。