عنصر الدورة الثالثة

الصوديوم (رمزه Na ) معدن ناعم، أبيض فضي، شديد التفاعل، وينتمي إلى مجموعة الفلزات القلوية ؛ ونظيره المستقر الوحيد هو ^23Na . وهو عنصر وفير يوجد في العديد من المعادن مثل الفلسبارات ، والسوداليت ، وملح الطعام . تتميز العديد من أملاح الصوديوم بذوبانها العالي في الماء، ولذلك فهي موجودة بكميات كبيرة في المسطحات المائية على سطح الأرض، وأكثرها وفرة في المحيطات على شكل كلوريد الصوديوم .

تُستخدم العديد من مركبات الصوديوم، مثل هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية) في صناعة الصابون ، وكلوريد الصوديوم كمادة لإزالة الجليد ومصدر غذائي. كما يُعدّ هذا الأيون نفسه مكونًا للعديد من المعادن، مثل نترات الصوديوم .

لا يوجد الصوديوم العنصري، وهو المعدن الحر، في الطبيعة، بل يجب تحضيره من مركبات الصوديوم. وقد تم عزل الصوديوم العنصري لأول مرة بواسطة همفري ديفي عام 1807 عن طريق التحليل الكهربائي لهيدروكسيد الصوديوم .

المغنيسيوم (رمزه Mg ) هو فلز قلوي ترابي، ورقم تأكسده الشائع هو +2. وهو ثامن أكثر العناصر وفرةً في قشرة الأرض ^{[ 2 ]} ، والتاسع في الكون المعروف ككل. ^{[ 3 ] [ 4 ]} يُعد المغنيسيوم رابع أكثر العناصر شيوعًا في الأرض (بعد الحديد والأكسجين والسيليكون)، حيث يُشكّل 13% من كتلة الكوكب وجزءًا كبيرًا من غلافه . ووفرته النسبية تعود إلى سهولة تراكمه في النجوم المستعرة العظمى من خلال إضافة ثلاث نوى هيليوم متتالية إلى الكربون (الذي يتكون بدوره من ثلاث نوى هيليوم). ونظرًا لذوبان أيون المغنيسيوم العالي في الماء، فهو ثالث أكثر العناصر وفرةً في مياه البحر . ^{[ 5 ]}

لا يوجد عنصر المغنيسيوم الحر (المعدن) بشكل طبيعي على الأرض، نظرًا لشدة تفاعليته (مع أنه يُغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد بعد إنتاجه [انظر التخميل ]، مما يُخفي هذا التفاعل جزئيًا). يحترق المغنيسيوم الحر بضوء أبيض ساطع مميز، مما يجعله مكونًا مفيدًا في الشعلات النارية. يُستخلص المغنيسيوم حاليًا بشكل رئيسي عن طريق التحليل الكهربائي لأملاح المغنيسيوم المستخرجة من المحلول الملحي . تجاريًا، يُستخدم المغنيسيوم بشكل أساسي كعامل مُسبك لصنع سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم، والتي تُسمى أحيانًا " ماغناليوم " أو "ماغنيليوم". ولأن كثافة المغنيسيوم أقل من كثافة الألومنيوم، تُعتبر هذه السبائك مرغوبة لخفتها وقوتها النسبية.

أيونات المغنيسيوم ذات مذاق حامض، وتساعد بتركيزات منخفضة على إضفاء حموضة طبيعية على المياه المعدنية الطازجة .

الألومنيوم (رمزه Al ) هو عنصر أبيض فضي ينتمي إلى مجموعة البورون من العناصر الكيميائية ، وهو فلز من عناصر المجموعة p، ويصنفه بعض الكيميائيين كفلز ما بعد انتقالي. ^{[ 6 ]} وهو غير قابل للذوبان في الماء في الظروف العادية. يُعد الألومنيوم ثالث أكثر العناصر وفرة (بعد الأكسجين والسيليكون )، وأكثر المعادن وفرة في قشرة الأرض ، حيث يشكل حوالي 8% من وزن سطح الأرض الصلب. يتميز الألومنيوم بنشاطه الكيميائي العالي ، مما يجعله غير موجود في حالته الطبيعية، بل يوجد متحدًا في أكثر من 270 معدنًا مختلفًا . ^{[ 7 ]} يُعد البوكسيت الخام الرئيسي للألومنيوم .

يتميز الألومنيوم بكثافته المنخفضة وقدرته الفائقة على مقاومة التآكل بفضل ظاهرة التخميل . تُعدّ المكونات الهيكلية المصنوعة من الألومنيوم وسبائكه أساسية في صناعة الطيران والفضاء ، ولها أهمية بالغة في مجالات النقل والمواد الإنشائية الأخرى. وتُعتبر أكاسيد وكبريتات الألومنيوم من أكثر مركباته فائدة، على الأقل من حيث الوزن.

السيليكون (رمزه Si ) هو شبه فلز من المجموعة 14. وهو أقل نشاطًا كيميائيًا من نظيره الكربون ، وهو اللافلز الذي يسبقه مباشرةً في الجدول الدوري، ولكنه أكثر نشاطًا من الجرمانيوم ، وهو شبه الفلز الذي يليه مباشرةً في الجدول. يعود الجدل حول خصائص السيليكون إلى اكتشافه: فقد تم تحضيره وتوصيفه لأول مرة في صورته النقية عام 1824، وأُطلق عليه اسم "سيليكيوم" (من اللاتينية : silicis ، أي الصوان)، مع إضافة اللاحقة "-يوم" للإشارة إلى أنه فلز. ومع ذلك، فإن اسمه النهائي، الذي اقتُرح عام 1831، يعكس خصائص عنصري الكربون والبورون الأكثر تشابهًا معه كيميائيًا.

يُعدّ السيليكون ثامن أكثر العناصر وفرةً في الكون من حيث الكتلة، ولكنه نادرًا ما يوجد كعنصر حرّ نقيّ في الطبيعة. ينتشر السيليكون على نطاق واسع في الغبار والرمال والكويكبات والكواكب على هيئة أشكال مختلفة من ثاني أكسيد السيليكون (السيليكا ) أو السيليكات . يتكون أكثر من 90% من قشرة الأرض من معادن السيليكات ، مما يجعل السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرةً في قشرة الأرض (حوالي 28% من حيث الكتلة) بعد الأكسجين . ^{[ 8 ]}

يُستخدم معظم السيليكون تجاريًا دون فصله، وغالبًا ما يُستخدَم مع معالجة بسيطة للمركبات الطبيعية. ويشمل ذلك الاستخدام الصناعي المباشر للطين ورمل السيليكا والحجر في البناء . تُستخدم السيليكا في صناعة الطوب الخزفي . يدخل السيليكات في صناعة أسمنت بورتلاند للملاط والجص ، ويُخلط مع رمل السيليكا والحصى لصنع الخرسانة . كما يدخل السيليكات في صناعة الخزف الأبيض مثل البورسلين ، وفي زجاج الصودا والجير التقليدي المصنوع من الكوارتز . أما مركبات السيليكون الحديثة، مثل كربيد السيليكون، فتُستخدم في صناعة المواد الكاشطة والخزف عالي المقاومة. ويُعد السيليكون أساسًا للبوليمرات الاصطناعية واسعة الانتشار المصنوعة من السيليكون، والتي تُسمى السيليكونات .

يُعدّ السيليكون العنصري ذا أهمية بالغة في الاقتصاد العالمي الحديث. فمع أن معظم السيليكون الحر يُستخدم في تكرير الصلب، وصبّ الألومنيوم، والصناعات الكيميائية الدقيقة (غالباً لإنتاج السيليكا المدخنة )، إلا أن النسبة الضئيلة نسبياً من السيليكون عالي النقاء المستخدم في إلكترونيات أشباه الموصلات (أقل من 10%) تُعتبر أكثر أهمية. ونظراً للاستخدام الواسع للسيليكون في الدوائر المتكاملة ، التي تُشكّل أساس معظم أجهزة الحاسوب، فإنّ جزءاً كبيراً من التكنولوجيا الحديثة يعتمد عليه.

الفوسفور (رمزه P ) عنصر لا فلزي متعدد التكافؤ من مجموعة النيتروجين ، ويوجد الفوسفور كمعدن في أغلب الأحيان في حالته المؤكسدة القصوى ( خماسية التكافؤ )، على شكل صخور فوسفاتية غير عضوية . يوجد الفوسفور العنصري في شكلين رئيسيين - الفوسفور الأبيض والفوسفور الأحمر - ولكن نظرًا لتفاعليته العالية، لا يوجد الفوسفور أبدًا كعنصر حر على سطح الأرض.

يُصدر أول شكل من أشكال الفوسفور العنصري الذي تم إنتاجه (الفوسفور الأبيض، عام 1669) توهجًا خافتًا عند تعرضه للأكسجين ، ومن هنا جاء اسمه المشتق من الأساطير اليونانية، Φωσφόρος، والذي يعني "حامل النور" (باللاتينية: Lucifer )، في إشارة إلى " نجمة الصباح "، كوكب الزهرة . ورغم أن مصطلح " الفسفرة "، الذي يعني التوهج بعد الإضاءة، مشتق من هذه الخاصية للفوسفور، إلا أن توهج الفوسفور ينشأ من أكسدة الفوسفور الأبيض (وليس الأحمر)، ويُفضل تسميته بالتألق الكيميائي . كما أنه أخف عنصر يُنتج بسهولة استثناءات مستقرة لقاعدة الثمانية .

تُستهلك الغالبية العظمى من مركبات الفوسفور كأسمدة. وتشمل التطبيقات الأخرى دور مركبات الفوسفور العضوية في المنظفات والمبيدات الحشرية وعوامل الأعصاب وأعواد الثقاب . ^{[ 9 ]}

الكبريت (رمزه S ) عنصر لا فلزي متعدد التكافؤ وفير ، وهو أحد عناصر الكالكوجينات . في الظروف العادية ، تشكل ذرات الكبريت جزيئات حلقية ثمانية الذرات صيغتها الكيميائية S₈ _{. الكبريت العنصري مادة صلبة} بلورية صفراء زاهية في درجة حرارة الغرفة. كيميائيًا، يتفاعل الكبريت كعامل مؤكسد أو مختزل . فهو يؤكسد معظم الفلزات والعديد من اللافلزات ، بما في ذلك الكربون، مما يؤدي إلى شحنته السالبة في معظم مركبات الكبريت العضوية ، ولكنه يختزل العديد من المؤكسدات القوية، مثل الأكسجين والفلور .

يوجد الكبريت في الطبيعة كعنصر نقي، وفي معادن الكبريتيد والكبريتات . وتُعدّ بلورات الكبريت العنصري مطلوبة بشدة من قبل هواة جمع المعادن لأشكالها متعددة الأوجه ذات الألوان الزاهية . ونظرًا لوفرة الكبريت في حالته الطبيعية، فقد عُرف في العصور القديمة، وذُكرت استخداماته في اليونان القديمة والصين ومصر . استُخدمت أبخرة الكبريت كمُبخرات، واستُخدمت الخلطات الطبية المحتوية على الكبريت كمراهم ومضادات للطفيليات. يُشار إلى الكبريت في الكتاب المقدس باسم "حجر الكبريت" باللغة الإنجليزية ، ولا يزال هذا الاسم مستخدمًا في العديد من المصطلحات غير العلمية. ^{[ 10 ]} كان الكبريت يُعتبر ذا أهمية بالغة لدرجة أنه خُصص له رمز كيميائي خاص به . كان ضروريًا لصنع أجود أنواع البارود الأسود ، وافترض الكيميائيون القدماء أن هذا المسحوق الأصفر الزاهي يحتوي على بعض خصائص الذهب، الذي سعوا إلى تصنيعه منه. في عام 1777، ساعد أنطوان لافوازييه في إقناع المجتمع العلمي بأن الكبريت عنصر أساسي وليس مركباً.

كان الكبريت العنصري يُستخلص سابقًا من قباب الملح ، حيث يوجد أحيانًا بصورة نقية تقريبًا، إلا أن هذه الطريقة أصبحت قديمة منذ أواخر القرن العشرين. واليوم، يُنتج الكبريت العنصري بالكامل تقريبًا كمنتج ثانوي لإزالة الملوثات الكبريتية من الغاز الطبيعي والبترول . وتتمثل الاستخدامات التجارية الرئيسية لهذا العنصر في الأسمدة ، نظرًا لاحتياج النباتات العالي نسبيًا إليه، وفي صناعة حمض الكبريتيك ، وهو مادة كيميائية صناعية أساسية. ومن الاستخدامات الأخرى المعروفة لهذا العنصر صناعة أعواد الثقاب والمبيدات الحشرية والفطرية . تتميز العديد من مركبات الكبريت برائحتها النفاذة ، فرائحة الغاز الطبيعي المعطر، ورائحة الظربان، والجريب فروت، والثوم، كلها ناتجة عن مركبات الكبريت. كما أن كبريتيد الهيدروجين، الذي تنتجه الكائنات الحية، يُضفي الرائحة المميزة على البيض المتعفن وغيره من العمليات البيولوجية.

الكلور (رمزه Cl ) هو ثاني أخف الهالوجينات . يشكل هذا العنصر جزيئات ثنائية الذرة في الظروف القياسية ، تُسمى ثنائي الكلور. يتميز الكلور بأعلى ألفة إلكترونية وأعلى كهرسلبية بين جميع العناصر؛ لذا فهو عامل مؤكسد قوي .

يُعرف مركب الكلور الأكثر شيوعًا، كلوريد الصوديوم ( ملح الطعام )، منذ العصور القديمة؛ إلا أنه في حوالي عام 1630، تمكن الكيميائي والطبيب البلجيكي يان بابتيست فان هيلمونت من الحصول على غاز الكلور. وفي عام 1774، قام الكيميائي السويدي كارل فيلهلم شيل بتخليق وتوصيف عنصر الكلور، وأطلق عليه اسم "هواء حمض الهيدروكلوريك منزوع الفلوجستون"، لاعتقاده أنه قام بتخليق الأكسيد الناتج عن حمض الهيدروكلوريك ، إذ كان يُعتقد آنذاك أن الأحماض تحتوي بالضرورة على الأكسجين. اقترح عدد من الكيميائيين، بمن فيهم كلود بيرتوليه، أن "هواء حمض الهيدروكلوريك منزوع الفلوجستون" الذي توصل إليه شيل لا بد أن يكون مزيجًا من الأكسجين وعنصر لم يكن قد اكتُشف بعد، وأطلق شيل على العنصر الجديد المفترض داخل هذا الأكسيد اسم " الكلوريات" . وفي عام 1809، اقترح جوزيف لويس جاي لوساك ولويس جاك أن هذا الغاز المكتشف حديثًا هو عنصر بسيط. وقد تم تأكيد ذلك في عام 1810 من قبل السير همفري ديفي ، الذي أطلق عليه اسم الكلور، من الكلمة اليونانية χλωρός (chlōros)، والتي تعني "الأخضر المصفر".

يُعدّ الكلور مُكوّنًا للعديد من المركبات الأخرى. وهو ثاني أكثر الهالوجينات وفرةً، والعنصر الحادي والعشرين من حيث الوفرة في قشرة الأرض. وقد أدّت قدرة الكلور العالية على الأكسدة إلى استخدامه في التبييض والتطهير، فضلاً عن كونه كاشفًا أساسيًا في الصناعات الكيميائية. وباعتباره مُطهّرًا شائعًا، تُستخدم مركبات الكلور في حمامات السباحة للحفاظ على نظافتها وتعقيمها . وفي طبقات الجو العليا ، يُعتقد أن الجزيئات المحتوية على الكلور، مثل مركبات الكلوروفلوروكربون، تُساهم في استنزاف طبقة الأوزون .

الأرجون (رمزه Ar ) هو العنصر الثالث في المجموعة 18، ​​وهي مجموعة الغازات النبيلة . يُعدّ الأرجون ثالث أكثر الغازات شيوعًا في الغلاف الجوي للأرض ، بنسبة 0.93%، مما يجعله أكثر شيوعًا من ثاني أكسيد الكربون . معظم هذا الأرجون هو أرجون-40 مشعّ ناتج عن تحلل البوتاسيوم-40 في قشرة الأرض. في الكون، يُعدّ الأرجون-36 النظير الأكثر شيوعًا للأرجون، وهو النظير المفضل للأرجون الناتج عن التخليق النووي النجمي .

يُشتق اسم "الأرجون" من الصفة اليونانية المحايدة ἀργόν ، والتي تعني "الكسول" أو "الخامل"، نظرًا لأن هذا العنصر لا يخضع تقريبًا لأي تفاعلات كيميائية. ويُضفي وجود ثمانية إلكترونات في غلافه الذري الخارجي استقرارًا على الأرجون، مما يجعله مقاومًا للارتباط بالعناصر الأخرى. وتُعد درجة حرارته الثلاثية، البالغة 83.8058 كلفن ، نقطة ثابتة أساسية في المقياس الدولي لدرجة الحرارة لعام 1990 . 

يُنتج الأرجون صناعيًا عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل . ويُستخدم الأرجون في الغالب كغاز خامل واقٍ في اللحام والعمليات الصناعية الأخرى ذات درجات الحرارة العالية، حيث تتحول المواد غير المتفاعلة عادةً إلى مواد متفاعلة؛ فعلى سبيل المثال، يُستخدم جو من الأرجون في أفران الجرافيت الكهربائية لمنع احتراق الجرافيت. كما يُستخدم غاز الأرجون في الإضاءة المتوهجة والفلورية، وأنواع أخرى من أنابيب التفريغ الغازي. ويُنتج الأرجون ليزرًا غازيًا مميزًا بلون أزرق مخضر .