物理化学教学中有关表面张力问题探讨

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物理化学教学中有关表面张力问题探讨

物理化学教学中有关表面张力问题探讨

【 要】 面现 象是 自然界普遍存在 的现象 ,从 日常生活到工农业生产几乎到处都涉 及到各种表面现象 ,表面现象 摘 表 皆因表面张力而起 。但是 ,在有些物理化学教材 中与表面张力有关联 的几个 问题前后似乎缺少必要 的联系 ,或有一些混
淆不清的概念 。本文探讨了在物理化学教学中附加压力和熵增加原理 等与表面张力有联系 的几个 问 3



20 年 第 6 07 期 第 3 卷 总第 10期 4 7
www .dc e .or g hm c n
物理 化 学教 学 中有 关表 面 张 力 问题 探 讨
徐悦华
( 南农业大 学 理 学 院 ,广东 广州 50 4 ) 华 16 2
Xu Yu h a e u
( olg f ce c, o t C ia r utrl ies y G ag h u5 4 , hn ) C l e i e S uh hn i l a Unv r t, u n z o 6 2 C ia e oS n Ag c u i 1 0
Ab t a t u f c h n me aa e u i u tu n t en t r l rd fo e e y a i o t e id s i l n g i u t r l r d ci n T e s r c :S ra ep e o n r b q i si a u a o h wo l, r m v r d y l et n u t a d a rc l a o u t . h f h r a u p o o i i f l s ra e p e o e awa h u f c e so . we e , t e me h t h r s a k o e e s r ea i n h p e e o r n o l u fc h n m n st es ra e tn i n Ho v r i s e d t a e e wa l c fn c s a r lt s i sb t g a t a y o we n s me p o l ms e ai g t es ra e tn in o o o c p swe eu ce ri o h sc l h mit a h n tras I r e eb n f r b e lt t u f c so . rs mec n e t r n oh e r n la s mep y ia e sr t c i g mae l. n o d r ob e e t n c y e i t i f r mp o i g t eta h n n e r i g o h sc l h mity t i a e n u rd it o u si n e a d n u f c n i n i h sc l o i r v n e c i g a d l an n f y ia e s , h sp p riq i o s meq e t sr g r ig s ra e t so p y ia h p c r e ’ n o e n

物理化学中的表面张力研究

物理化学中的表面张力研究

物理化学中的表面张力研究表面张力是物理化学领域的一个重要概念,它是一个液体分子团在气液或液液界面上所表现的一种自发性的性质,可以用来描述液体表面分子间的相互作用力。

表面张力的研究对于许多实际应用具有重要意义,如液滴形态稳定性、液滴合并和分裂、泡沫的稳定性、液体扩展和吸附的特性等等。

表面张力是很多物理和化学现象的基础。

它是由于液体表面上的分子间相互作用力的不平衡所产生的。

表面张力是液体表面分子的内聚力和对外作用力之间的平衡状态。

在纯水表面,由于水分子间的氢键作用力,表面上的水分子会紧密地排列在一起形成一层水膜。

这层水膜对周围环境有一定的张力,使水膜尽量缩小表面面积。

在液体表面任何液体分子,都会被表面上的液体分子吸引,从而形成一层分子膜,这个膜就是所说的表面张力,它的大小决定了液体表面的稳定性。

表面张力可以通过各种方法测量,其中最常用的方法是用自由垂直管法。

自由垂直管法是通过铂铱制成的一根带有三段毛细管的管子,在管子一端开口的位置带有底部宽口和内胆,内部充满液体。

在测量前,将整个测量系统洗净并填充液体,并且使管子与水平面垂直,底部宽口的液面要比管子的液面高约10毫米。

这样,水的表面张力和毛细管相互平衡,从而可以得到水的表面张力值。

表面张力在科学研究和工业生产中都具有重要的应用。

在科学研究方面,比如微流控液滴的生成和控制及液滴的稳定性研究中,表面张力是非常重要的因素。

在工业生产中,液体表面张力也发挥着巨大的作用。

一些化学工程和物理学工程中液体界面的应用都离不开对表面张力的研究,如喷雾器、泡沫剂、泡沫塑料等。

总之,表面张力是物理化学领域中一个非常重要的概念,不仅在学术和工业研究中起着重要的作用,也有着广泛的实际应用。

它的研究不仅有助于深入理解物理化学领域的一些基本现象,同时也为新产品开发和技术改良提供了重要的基础理论。

物理化学中表面张力的测量方法与应用

物理化学中表面张力的测量方法与应用

物理化学中表面张力的测量方法与应用表面张力,简单来说就是某种物质的表面呈现出的微观力学特性,它是交界处分子之间相互作用力的产物。

在物理化学领域,表面张力是一个十分重要的研究对象,因为它与很多物质的性质密切相关。

例如,液体表面张力的大小可以影响它的稳定性、光泽度、流动性以及在涂料、油漆、化妆品等各种工业领域的应用。

本文将介绍物理化学中表面张力的测量方法和应用。

一、环法测量法环法测量法是分析液体表面张力的一种古老但常用的测量方式。

其基本思想是根据液体静止在异形环表面的原理来测量液体的表面张力。

环法测量法需要一定的实验技巧和精度,通常需要进行多次测量求平均值,然后计算液体的表面张力。

二、降相压法测量法降相压法是现代物理化学中应用比较广泛的测量表面张力的方法之一。

该方法通过实验中降低液体与大气的接触面积,从而使液体表面发生凸起现象,通过对凸起高度测量来确定液体的表面张力。

这种方法较为准确,且操作相对简单,可以应用于多种液体的表面张力测量。

三、应用由于表面张力能够反映液体中分子间相互作用的强弱,常常被应用于多种领域的研究。

例如,测量液体表面张力可以用于估算大气湿度、优化化工加工参数以及开发新型液体表面技术等领域。

在医学和生物学领域,测量表面张力也具有很大的作用。

例如,在研究细胞膜时,表面张力的改变往往能够影响细胞膜的形状、钙离子的通道以及细胞内多种代谢过程。

此外,许多家用品和日化用品中也运用了表面张力的原理。

例如,洗衣液、洗碗液等清洁用品中含有高表面活性剂含量的成分,以减小水面张力来更好地清洁杂质和污渍。

此外,在食品和饮料生产中,通过调整添加剂的种类和浓度等可以控制产品的表面张力以达到理想的性质。

总之,表面张力的测量方法和应用十分的广泛。

这种物理现象的研究和应用已经深入到了物理化学领域以及生活的各个方面,其研究仍在不断深入和扩展。

物理化学中的表面张力理论及实验

物理化学中的表面张力理论及实验

物理化学中的表面张力理论及实验在物理化学中,表面张力是一个非常重要的概念。

它描述的是液体表面各点之间存在的纵向相互作用力,也就是液体表面对外施加的垂直于表面的张力。

表面张力在很多领域中都是一个至关重要的参数,如液体的流动规律、波浪的传播、泡沫的形成、涂料的涂布等,因此综合实验和理论基础研究表面张力十分必要。

表面张力的理论计算主要基于两个因素,一是表面分子数密度,二是表面分子间相互作用力。

一般理论推导时会假设表面分子和体内分子的性质相同,从而可以得到表面张力与分子形状、大小和可替代性等有关的重要理论公式。

其中最著名的就是杨-拉普拉斯方程,它是计算液体表面张力的一个重要理论公式,它描述了一个圆形液滴表面张力与液滴半径和液体和外界介质之间的表面张力和体积张力之间的关系。

实验上,表面张力是通过测量附着于平衡液体表面的一个小物体(如金属环)所受到的引力来测量的。

由此可以求出表面张力。

把表面活性剂分子引入液面会改变其表面张力,对其进行定量测定即可确定其表面活性剂浓度。

表面张力的实验应用十分广泛。

例如,在制药工业中,通过测量药物的表面张力可以确定药物分子在肺部的吸附能力,从而确定药物的最佳给药方式和剂量。

在油漆和涂料工业中,了解涂层表面张力的变化可以确定涂层的与基材的附着性能。

在生物学领域中,通过测量细胞膜的表面张力可以研究细胞接触和交互行为,了解细胞机制。

表面张力的研究也有很多挑战。

例如,表面张力在不同形态、不同化学组成的液体中的变化情况,以及在液体中添加表面活性剂或其他添加剂后表面张力的变化。

这些都需要涉及到比较繁琐的理论推导和实验测量。

同时,表面张力的实验测量可能还会受到环境因素的影响,自然条件和测量方法误差等。

总之,表面张力理论和实验研究仍然是化学、生物学等领域的一个重要研究领域。

深入研究表面张力的基本特性和变化规律,可以为液体流动规律、波浪的传播、涂料的涂布技术等各领域的发展提供更加深入的理论和实验基础。

物理化学教学中有关表面张力问题探讨

物理化学教学中有关表面张力问题探讨

即产生了附加压力”。 “ 表面张力作用的方向垂直于边界与液
体表面相切,故对于凸液面, 表面上各点表面张力指向液体内 部,此合力为附加压力”。但是,很多学生对于什么是附加压 力和附加压力的方向依然感到迷惑。 在教材解释的基础上, 可 以从物理学的角度生动形象地把附加压力看作一种弹性力,由 于凸液面或凹液面发生形变而产生恢复原状的力。所以凸液面
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1表面张力的概念
在物理化学表面现象部分的教学中,表面张力贯穿始终。
但现有的有些物理化学教材,在讨论液体表面层分子与内部分 子所处周围环境时,没有交代清楚分子内部为什么会受力, 力 的性质是什么?如某教材所阐述的 “ 物质表面层的分子与体相
表面现象是自 然界普遍存在的现象, 常生活到工农业 从日
将来在实践中的应用。由 于物理化学理论性强, 定律、 公式多,
概念抽象,学生学习 该门课程的最大困难是概念不清和公式应 用条件难以掌握,学生普遍反映比较难学,学完以后在继续提
高和应用中仍感到问题不少。如何激发学生的学习 兴趣和积极
性,帮助学生理解和深化有关知识,让学生深入到知识的探究 和自 身获取过程中, 是很值得探讨的间题。

物理化学实验 液体表面张力测定

物理化学实验 液体表面张力测定

5. 做c/Г- c图求出直线斜率,由斜率求出Г∞。
c/Г / m-1(×105)
25
c/Г -c
20
15
c1 11 0..3 61 80 12 8 1 10 0 6 35.203810( 2 m -1 )
c/Г~c作图时, 也要换算成mol/m-
3
y = 1.8836x + 2.0472


c RT


c
T , P
18. 301.46 8138034.8409103 1.310210( 6 mol/m-2)
c111.31 00 .628118065.203810( 5 m-1)
C换算为 mol/m-3
c1 11 0..3 61 80 12 8 1 10 0 6 35.203810( 2 m -1 )
γ (N/m-1)×10-3
60
50
表面张力-浓度
40
30
20
y = 0.2518x2 - 5.1843x + 56.41
R2 = 0.9903 10
0
0
2
4
6
8
10
12
c(mol/L)
k=y’=0.5036x-5.1843
4.利用吉布斯吸附等温方程式(Gibbs), 计算各溶液的Г。
c/mol∙L-1
5. 为什么系统的气密性要好? 如果漏气,气压不稳定, 实际测定的Δp≠Δpmax。
三、数据处理示例
1. 水溶液的折光率
利用文献数据作n-c 工作曲线,依据实验数据,计算样品浓度。
乙醇溶液的配 制浓度
5%
10% 15% 20% 25% 30% 35%

化学物质的表面张力

化学物质的表面张力

化学物质的表面张力表面张力是液体分子间相互吸引而导致液体表面收缩的力量,是一种重要的物理现象。

在化学领域,许多化学物质都表现出不同程度的表面张力,这对于解释和应用于许多实际问题都具有关键性的意义。

本文将讨论化学物质的表面张力、其形成原因以及与其他相关现象的关联。

一、表面张力的概念和特征表面张力是指液体表面处的分子间相互吸引力所形成的张力。

在液体内部,分子间同时存在着吸引力和斥力,吸引力主要由分子之间的范德华力和氢键力所贡献。

然而,在表面处,液体的分子只能与周围较少的分子相互吸引,因此表现出较大的相互吸引力,导致液体表面收缩成一个更小的区域。

表面张力的特征主要有以下几个方面:1. 表面张力趋向于使液体表面趋于最小,形成一个尽可能小的表面积。

2. 表面张力使液体表面呈现出一定的弹性,能够承受外界对其的作用。

3. 表面张力会导致液体在容器壁上形成曲面,呈现出下凹或下凸的现象。

二、表面张力的影响因素1. 分子间相互作用力:分子间吸引力越强,表面张力越大。

2. 温度:在一定范围内,随着温度的升高,分子运动加剧,表面张力减小。

但超过某一温度后,分子运动剧烈,相互作用减弱,表面张力进一步减小。

3. 溶质的存在:溶质分子的加入会打破液体的正规排列,减弱分子间作用力,从而降低表面张力。

4. 相变点附近:当液体接近其沸点或凝固点时,由于分子运动剧烈,表面张力显著减小。

三、化学物质的表面张力及其应用1. 界面活性剂:界面活性剂是一类具有亲水性和亲油性的化合物,能够显著影响液体的表面张力。

通过改变表面张力,界面活性剂常被应用于乳化、泡沫稳定和表面湿润等方面。

2. 表面张力测定:通过测定液滴的形状、金属环境下液体的升降和汽泡蒸发等现象,可以确定液体的表面张力,这在科研和工业制程中具有重要意义。

3. 液滴的形状和液面张力:液体在不同材料表面上展现出不同的形状,如液滴的形状和液体在玻璃管内上升的高度等,都与液体的表面张力和相互作用相关。

物理化学界面现象教案中的界面张力与表面活性剂

物理化学界面现象教案中的界面张力与表面活性剂

物理化学界面现象教案中的界面张力与表面活性剂在物理化学的学习中,界面现象是一个重要的概念,它描述了不同相之间的界面区域。

而界面张力和表面活性剂是界面现象中的两个关键概念。

本文将从教案的角度来探讨界面张力与表面活性剂的概念、性质及其应用。

一、界面张力的概念与性质界面张力是描述液体与气体、液体与固体之间界面的性质的物理量。

液体分子在界面上受到内部液体分子的引力力和界面分子的表面吸引力作用,这种力的差异导致了界面上的张力。

界面张力的性质主要包括:1. 方向性:界面张力的方向垂直于界面,其大小决定了液滴和气泡的形状。

2. 比表面张力:界面张力与界面的长度成正比,而与界面的面积无关,因此可以定义比表面张力。

3. 密封性:界面张力可以带来液滴和气泡的密封效果,使其在一定范围内保持形状不变。

二、表面活性剂的概念与分类表面活性剂是指能够降低界面张力的化合物,它在液体表面或界面上形成一层分子膜,从而改变界面的性质和行为。

表面活性剂可以分为两类:吸附型表面活性剂和溶解型表面活性剂。

1. 吸附型表面活性剂:吸附于液体表面上,形成分子膜,使液体表面张力降低。

2. 溶解型表面活性剂:在液体中溶解形成胶束结构,而不会吸附到液体表面。

三、界面张力与表面活性剂的应用1. 清洁剂:表面活性剂在清洁剂中起到降低界面张力的作用,使污渍更容易分散和溶解,并提高清洗效果。

2. 乳化剂:表面活性剂可以使两种互不溶的液体均匀混合,形成乳液。

乳液具有稳定性和均匀性,广泛应用于食品、化妆品等行业。

3. 药物输送系统:表面活性剂可以包裹药物分子,并通过调节界面张力来实现药物的缓释和靶向输送。

4. 油田开发:表面活性剂可用于提高油田中的原油采收率,通过改变界面张力来减小原油与岩石表面的粘附力,促进原油的流动。

五、小结界面张力和表面活性剂是物理化学界面现象中的重要概念,通过降低界面张力,表面活性剂发挥了许多重要的应用。

在教学中,我们应该充分理解并深入讨论界面张力与表面活性剂的概念和性质,帮助学生建立起对界面现象的认识,培养学生的实践应用能力。

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嫡增加到最大值, 力使物质趋向于凝集在一起且使表面积达到 最小值, 以使得系统处于稳定状态。 但是,由 嫡增加原理来看, 隔离体系中物质处于混乱度最大的时候,系统才处于稳定,在 表述上两者之间好象存在矛盾,学生为此感到困惑。 表面张力和嫡增加原理共同作用于自 然界中,如果矛盾的 话就不会同存于自 然界之中了。原因主要在于两者条件不同, 表面张力作用是相对于敞开系统来说的,而嫡增加原理是相对
将来在实践中的应用。由 于物理化学理论性强, 定律、 公式多,
概念抽象,学生学习 该门课程的最大困难是概念不清和公式应 用条件难以掌握,学生普遍反映比较难学,学完以后在继续提
高和应用中仍感到问题不少。如何激发学生的学习 兴趣和积极
性,帮助学生理解和深化有关知识,让学生深入到知识的探究 和自 身获取过程中, 是很值得探讨的间题。
即产生了附加压力”。 “ 表面张力作用的方向垂直于边界与液
体表面相切,故对于凸液面, 表面上各点表面张力指向液体内 部,此合力为附加压力”。但是,很多学生对于什么是附加压 力和附加压力的方向依然感到迷惑。 在教材解释的基础上, 可 以从物理学的角度生动形象地把附加压力看作一种弹性力,由 于凸液面或凹液面发生形变而产生恢复原状的力。所以凸液面
物理化学是化学类本科专业的一门重要的必修主干基础
课,学生对这门课程掌握程度,将直接影响后续课程的学习及
而起, 但是,在有些物理化学教材中与表面张力有关联的几个 问题前后似乎缺少必要的联系,或有一些混淆不清的概念。下 面就物理化学教学中与表面张力有联系的几个问 题谈谈个人的 理解和看法,有不妥之处敬请指正。
( 10 上接第 3 页) ( 本文文献格式:徐悦华.物理化学教学中有关表面张力问题
探讨[. J 广东化工, 07 3( : -3 ) ] 20 , 6 1415 4) 3
参考文献
[周茂林. 1 」 民用燃气表选择与安装方式的 [. 探讨[ 城市燃气, 05 1: J l 20, 2
1 关键词】 物理化学教学; 表面张力;附加压力; 嫡增加原理
( 要 面 象 自界 遍 在 现 , 日 生 到 农 生 几 到 都 及 各 表 现 , 面 象 ] 现 是 然 普 存 的 象 从 常 活 工 业 产 乎 处 涉 到 种 面 象 表 现 M 表
Iq in it Sm Q e i s ad g f e s n n u ig o e so R gri S r c Tni r n o u tn e n ua e o
层分子移到表面上来,这至少需要克服表面分子的拉力而消耗 功”。因此学生对表面张力的概念没有清晰的理解,只有模糊
的 形象。 实际上 液体分子内 部所受的 力是分子间 作用力[ 当 1 l ,
然也包括氢键,如果存在氢键的话。因此, 简单地说表面张力
是范德华力和氢键微观作用在宏观上的表现。
2表面张力与附加压力
有关知识, 让学生深入到知识的探究和自 身获取过程中,使学
3表面张力与嫡增加原理
在基础物理化学教材的表面张力热力学性质描述中,对于
生通过学习不仅掌握有关的科学知识、技能和方法,而且能运 用这些知识去了解和关注社会,提高他们运用基本理论解决实
际化学问题的能力, 从而培养学生的科学素养和科学观念。
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的附加压力是指向液体内部,而凹液面的附加压力是指向液体 外部, 与发生形变的方向相反。这样,学生就比较容易理解和
接受。
4 结束语
当前,世界各国的理科课程改革越来越重视加强科学、技 术与社会的联系,要提高物理化学的教学效果,教师必须不断 学习和思考,不断提高自 身的业务素质,帮助学生理解和深化
f ip v g t ci ad i op i l i , ppr id sm qei s rn s f e i ipy cl o m r i t e h g lrn f c ce s ts ei u e io e so r a i u a t sn hsa r o n h a n n e g 场sa hm t h a n r n o u tn e d g c e o n i e a n y r i q t g r n
i P yi l mir Tahn n s aC e s y cig h c h t e
Xu e u Y ha u
(oee c neSu C i A ruu l vrt G aghu 62C i ) C lg oSi c, t h a i lr U i sy unzo 504, a l f e o h n gc t a n e i, 1 h n
15 3
分子所处周围环境是不一样的。以最简单的气液相界面为例, 液相内分子周围所受的力是对称的, 彼此相互抵消, 但表面层 分子由 于受力不均衡, 其结果受到垂直指向液体内部的拉力,
所以液体表面都有 自 动缩小的趋势。如果要扩大表面就要把内
程中嫡值不变, 经绝热不可逆过程后嫡值增加。而在隔离体系
中发生的过程总是自发地向着嫡增加的方向进行,直到体系的
[ 吴宗媛,陶春德.浅论铜管在燃气工程中的应用[ .城市燃气,20 , 4 ] [ J l 05
1 : 1 -6 1 41.
量和进度,降低安装费用, 实现不入户集中抄表, 减少扰民事 件发生,是目 前民用住宅燃气管道施工的较理想的措施。
( 本文文献格式:李智慧,王吉峰.室内燃气管道的设计与施
2[. 化I, 07 3( : 2-3 ) J 广东 ] 20 , 6 1910 4)
参考文献
[蔡炳新. 2 l 基础物理化学「l 北 科学出 M . 京: 版社, 01 52 20. . 0
时,这种趋势越明显。荷叶上的水珠除了有小颗粒合并为大颗
粒的 外, 球形 为了 表面 到 小的目 [ 趋势 呈 也是 使 积达 最 的2 1”
但是在嫡增加原理中,系统中物质都有自 动趋于分散的趋 势。封闭体系在绝热过程中体系的嫡永不减少, 在绝热可逆过
又使燃气公司建立了所有用户的详细资料, 杜绝了用户私自 更
改管道窃气行为的发生。
[ 中国 3 燃气协会. l 城镇燃气规范规程执行手册[ ]北京: 物资出版社 M. 中国
20 04
3结论
居民室内燃气管道设计、施工与楼房主体工程同步进行, 立管安装该为户外安装, C卡表改为普通表, I 可以提高施工质
36 -.
应做出城市燃气发展整体规划, 新建居民、公共建筑必须统一 设计安装燃气管道,安装、验收合格后即通气,并告知用户不 可随意更改管道,以免发生危险。这样即可提高安装使用率,
[崔栋, 2 〕 赵辉. 保障室内燃气安全的探讨[ . [ 煤气与热力, 07 2 2 J l 20, 7
3 -2. 03
p b m ran tt s f e i , m cnet e uc ais e sace irtci m tisIo etb b et r l s tg h ua t snos e c s e lr m pyil s h g ea . r r e f o e e i o rc e o r o p w r n e n h c hm t e n arl n o e i l e n o o y a d n
・3 1 4・
广 东 化 工 w wgce . m w . hmc d o
20 年 第6 07 期
第 3 卷 总第 1 期 4 7 0
物理化学教学中有关表面张力问题探讨
徐悦华 ( 华南农业大学 理学院, 广东 广州 504) 162
花教扮右帮。 学学奥成助
因面力起但 ,有物化教 中表张 有联几 间前似缺必 的系 或一 混 张 而 。 是 在 些 理 学 材 与 面 力 关 的 个 题 后 乎 少 要 联 , 有 些 表 不 的念 本探 了物 化 教 中加力嫡 加 理 与 面 力联 的个 题 旨对高 理 概 。 文 讨 在 理 学 学 附 压 和 增 原 等 表 张 有 系 几 问 , 在 提 物 清
1表面张力的概念
在物理化学表面现象部分的教学中,表面张力贯穿始终。
但现有的有些物理化学教材,在讨论液体表面层分子与内部分 子所处周围环境时,没有交代清楚分子内部为什么会受力, 力 的性质是什么?如某教材所阐述的 “ 物质表面层的分子与体相
表面现象是自 然界普遍存在的现象, 常生活到工农业 从日
o g o a sr c peo ea t src t snH w vri em d t e a oncs r aosi bten e r i f uf e nm n w s u ae i . ee t e t t rw s c f e a r tnh s e s in l a h l ah f e o o e n , e h h s a e a l k e s e i p e a y l w o m
A s at u ae nm n a b u os h a r o df m r a l o n si n aru u l utnT e Sr c peo ea ui iu it nt aw r , ee dy tt i utaad i lr p dco. bt c r : f h r q t n u l l r vy e e o i h d rl g c t a r i h f e e o
公式d T paA 或A T paA , G , d s G , A s 阐述为 “ = = 在定温定压条
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