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1 ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE SEMESTRE II BLOQUE 3 QUÍMICA II Aprendizajes esperados: 32 y 33 • Explicar y ejemplificar los conceptos de monómeros, polímeros y macromoléculas. • Identificar productos de uso cotidiano que incluyen entre sus componentes macromoléculas, monómeros o polímeros. Competencias disciplinares 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Atributos de las competencias genéricas 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. 4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue. Aprendizajes esperado 31) Identificar y reconocer procesos de síntesis química de importancia cotidiana. Competencias Disciplinares • Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. Atributos de las competencias genéricas • Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo Aprendizajes esperados 33 y 34 • Explicar y ejemplificar los conceptos de monómeros, polímeros y macromoléculas. • Identificar productos de uso cotidiano que incluyen entre sus componentes macromoléculas, monómeros o polímeros. Competencias disciplinares 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. Atributos de las competencias genéricas 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. 4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue. 2 Los polímeros: Resumen Los polímeros se forman por la unión de un gran número de moléculas de bajo peso molecular, denominadas monómeros. Los plásticos son ejemplo de polímeros. La figura 1.0. Muestra una analogía entre un polímero y un tren. Un tren está conformado por la unión de muchos vagones que se repiten. En el caso de un polímero, se repiten estructuras pequeñas denominadas monómeros. Figura 1.0. Analogía entre un polímero y un tren. Un polímero, por tanto, es un compuesto orgánico, que puede ser de origen natural o sintético, con alto peso molecular, formado por unidades estructurales repetitivas llamadas monómeros. En la vida diaria les damos el nombre general de “plástico”, porque los plásticos que usamos son polímeros. Sin embargo, debemos tener claro que existen otros tipos de polímeros que no necesariamente tienen el aspecto de un “plástico” común. En el siguiente enlace podrás encotrar ejemplos de otros polímeros que usamos en nuestra vida diaria: http://www.pslc.ws/mactest/level1.htm Características generales de un polímero • Bajo punto de fusión, que permite procesarlo fácilmente para darle forma. • Baja densidad, lo cual los hace útiles en industrias como la automóvil por ser productos ligeros. • Pobre conductividad eléctrica y térmica, permite usarlos como aislantes. • Poca reactividad química, permite tenerlos en contacto con alimentos sin riesgos. Representación de los polímeros Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de muchas unidades pequeñas, las cuales se llaman unidades repetitivas. Analicemos la estructura del polietileno, el polímero con el http://www.pslc.ws/mactest/level1.htm 3 que se hacen las bolsas de plástico. Este polímero se forma a partir de etileno, según la siguiente reacción: El producto final (polietileno) muestra muchas unidades repetitivas similares. Sin embargo, no es necesario dibujar todas las unidades repetitivas, sino sólo una de ellas e indicar que ésta se repite muchas veces. Así, en el caso del polietileno, podemos representar al polímero así: De forma similar, podemos representar el policloruro de vinilo. Este polímero se forma a partir del cloruro de vinilo: Clasificación de los polímeros Los polímeros pueden ser clasificados según muchos parámetros. A continuación veremos las principales clases de polímeros que existen. Según su origen Pueden existir tres tipos de polímeros: naturales, semisintéticos y sintéticos. Los polímeros naturales existen en la naturaleza como tales. Las biomoléculas pueden ser consideradas polímeros naturales. Otro ejemplo es el caucho. Los polímeros semisintéticos han sido obtenidos mediante la transformación de un polímero natural. El caucho vulcanizado, componente de las llantas, es un ejemplo: se produce al hacer reaccionar caucho con azufre, a altas temperaturas. Los polímeros sintéticos son obtenidos industrialmente, haciendo reaccionar al monómero correspondiente. Ejemplos de polímeros sintéticos son el polietileno, nylon o poliestireno Más sobre estos tres tipos de polímeros:http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm Según su estructura Un polímero puede clasificarse en lineal o ramificado dependiendo de su estructura. Por ejemplo, el polietileno, componente de las bolsas de plástico, es un polímero lineal. En este caso, los monómeros se enlazan entre sí formando una cadena carbonada continua. Un ejemplo es el polietileno, en su estructura se observa que todos los átomos de carbono están en la cadena principal, enlazados entre sí. http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm 4 Según su comportamiento térmico Se pueden clasificar en termoplásticos y termoestables. Los polímeros termoplásticos pueden ser moldeados al calentarse. Ejemplos son el polietileno y polipropileno, que pueden ser fácilmente reciclados. Otro ejemplo es el polietilentereftalato (PEt, con el que se hacen las botellas de plástico). Los polímeros termoestables son aquellos que, al calentarse, se descomponen químicamente. Un ejemplo es la baquelita, polímero usado en la fabricación de asas para ollas. Según la unión de sus monómeros Cuando un polímero se forma por la unión de un único monómero, se denomina homopolímero. En un caso general: Si tenemos dos tipos de monómeros diferentes, el polímero se llama copolímero. Dependiendo del orden en que se distribuyan los dos monómeros en la estructura, podemos tener un copolímero alternado, en bloque o al azar. En un copolímero alternado, los monómeros se repiten uno a continuación del otro. En un copolímero en bloque, los monómeros de un mismo tipo están agrupaos en una zona de la molécula, al igual que el otro tipo de monómeros. Por último, en un copolímero al azar, no existe ningún orden en la repetición de monómeros. Preparación de un polímero: polimerización Para preparar un polímero, debemos enlazar entre sí una gran cantidad de monómeros de bajo peso molecular. Este proceso se denomina polimerización. Existen dos tipos de reacciones de polimerización: adición y condensación. Consecuentemente, existen dos tipos de polímeros: polímeros de adición y polímeros de condensación. En la polimerización por adición, los monómeros se unen unos con otros, de tal manera que el polímero final contiene todos los átomos del monómero inicial. El poliestireno y el policloruro de vinilo son ejemplos de polímeros de adición. 5 En la polimerización por condensación, no todos los átomos del monómero forman parte del polímero final. Para que los monómeros se unan, es necesario que una parte deellos se pierda. El nylon 6,6 es un ejemplo de un polímero de condensación. Este polímero se prepara a partir de ácido adípico y hexametilendiamina. Para que ambas moléculas se unan, el ácido adípico debe perder un grupo -OH, mientras que la hexametilendiamina debe perder un átomo de hidrógeno. Estos átomos eliminados se unen, formando agua y produciéndose, a su vez, la unión entre ambos monómeros. Observación Para que haya un polímero de condensación debemos tener en la estructura del polímero un grupo funcional amida o éster. Las amidas se preparan a partir de un ácido carboxílico y una amina, mientras que los ésteres a partir de un ácido carboxílico y un alcohol. Por tanto, los monómeros correspondientes deben tener estos grupos funcionales. ACTIVIDAD 1. CUESTIONARIO Contesta de manera breve pero precisa las siguientes preguntas: 1. ¿Qué es un monómero y da un ejemplo? El monómero es una molécula simple, generalmente de peso molecular bajo, que forma cadenas lineales o ramificadas de dos, tres o más unidades. Ejemplo: Glucosa 2. Representa de diversas maneras (fórmulas y estructuras moleculares 2 monómeros). Metano (CH4), etileno (C2H4). 3. ¿Qué es un polímero? Un polímero es una sustancia compuesta por grandes moléculas, o macromoléculas formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros. 4. Identifica y haz una lista de mínimo 10 polímero que se encuentren presentes en tu hogar, mencionando de ¿Qué objeto se trata? Llantas, Esponja, Funda de teléfono, Sillas, Bolsas, Auto, Cinta, Tuberías de PVC, Kolaloka, Vasos desechables. 6 5. Realiza un mapa conceptual de los polímeros donde los clasifiques y pongas ejemplos de ellos. 6. Reflexiona brevemente sobre la utilidad de los polímeros en tu contexto considerando la actual contingencia sanitaria causada por el Covid-19. Siento que son de gran ayuda y no solo ahorita en la contingencia si no también en la medicina general, gracias a esto podemos tenemos cubrebocas reusables de neopreno, guantes, los cubrebocas y toda la protección está hecha de estos materiales ya sean naturales como cubrebocas de tela o sintéticas como el neopreno. Naturales (celulosa, almidón, seda, lana) Fibras (nylon, poliéster, PET) Plásticos Sintéticos Termoplásticos (polietileno, teflón, PVC) Elastómeros (silicona, neopreno, poliuretano) POLÍMEROS Termoestables (resinas, baquelita, melanina) 7 7. Escribe dos párrafos donde relaciones a la era actual de los polímeros y su impacto hacia el medio ambiente. Para ello utiliza la siguiente tabla Los polímeros en la actualidad son muy importantes ya que en nuestro día día los utilizamos mucho desde las compras del super, hasta en aeronaves, los polímeros sintéticos son un gran avance ya que permiten hacer plásticos más resistentes y menos duros o pesados, por ello hay que tener un buen control sobre lo que se produce ya que al producir mucho y no usarlo se termina tirando por ello hay tanto plástico en el mar y en las calles, por la gente que lo tira y no sabe el daño que causa al no poder descomponerse, quien sabe a donde vaya a parar una simple tapa de refresco o una envoltura de una paleta, deben de tener conciencia y adquirir el habito de reciclar o mínimo el de tirar la basura en su lugar aunque eso lo deberían de hacer todos. PRODUCTO UTILIDAD POLÍMERO DAÑO AL AMBIENTE Bolsas de plástico Guardar cosas, cargar polietileno Contaminación al mar y suelo PVC Tuberías termoplástico Contaminación al mar y suelo Colillas de cigarro Fumar acetato de glucosa Contaminación al mar y suelo Botellas de plástico Almacenar bebidas polietileno Contaminación al mar y suelo Popotes Absorber bebidas polipropileno Contaminación al mar Taparroscas Tapar envases polipropileno Contaminación al mar Envolturas de alimentos Proteger el producto polietileno, policloruro de vinilideno Contaminación al mar Envases para shampoo Almacenar shampoo Polietileno Contaminación al mar y suelo 8 ACTIVIDAD 2. TABLAS (C2H4) n Amina o éster (C3H3N) n Nitrilo (C10H8O4) n Carboxilo (C12H22N2O2) n Hidroxilo (C8H8) n Amina o éster (C2H3Cl) n Cloro y doble enlace 9 Reciclaje Dadas las propiedades de los polímeros y, en especial, de los que usamos a diario, estos pueden ser reutilizados. Así, las bolsas plásticas (polietileno), botellas de gaseosa (polietilentereftalato) o tubos plásticos (policloruro de vinilo) pueden ser reutilizados. Para ello, es necesario identificar el tipo de polímero que tenemos en nuestras manos. Para ello, se ha creado a nivel internacional una codificación para cada uno de los diferentes tipos de plásticos más comunes: Polietilentereftalato (PET): botellas de gaseosas. Polietileno de alta densidad (HDPE): botellas de plástico más rígidas. Policloruro de vinilo (PVC): tuberías. Polietileno de baja densidad (LDPE): bolsas plásticas. Polipropileno (PP): plásticos resistentes al calor. Poliestireno (PS): materiales aislantes como el Tecnoport. Otros polímeros domésticos (como los discos, gafas de sol, etc) se agrupan bajo el nombre de “otros” y el número 7. 10 Los polímeros están presentes en una gran variedad de objetos de uso en la vida cotidiana Cuanto más bajo sea el número indicado, mayor será la facilidad con que el material puede reciclarse. El uso que le podemos dar a los polímeros es inimaginable. Por ejemplo, un grupo de polímeros con propiedades diferentes a las que normalmente asociamos a los plásticos es el de las aramidas, especialmente Kevlar y Nomex. Estos polímeros, debido a la gran dureza y resistencia que poseen pueden ser usados en los chalecos antibalas o como ropa de protección para bomberos y astronautas. Fueron desarrollados por la firma DuPont hace poco más de 45 años. ACTIVIDAD 3: IDENTIFICA MÍNIMO 5 OBJETOS DE TU HOGAR, UTENSILIOS, ESCOLARES, ETC Y UBICA EL SIMBOLO QUE INDICA EL TIPO DE POLÍMERO DEL CUAL ESTA HECHO, CON BASE EN ESA INFORMACIÓN COMPLETA LA TABLA OBJETO (NOMBRE) Clasificación de polímero Utilidad Imagén o dibujo Vaso de plástico Polipropileno 5 (PP) Usado para beber Envase de aceite Polietilentereftalato 1 (PET) Almacenar el aceite 11 Envase de yogurt Polietileno de alta densidad 2 (HDPE Almacenar el yogurt Envase de talco Polietileno de alta densidad 2 (HDPE) Almacenar el talco Garrafón de agua PC 7 Transportar el agua 12 La síntesis, es uno de los procesos básicos de química, que consiste en obtener un compuesto químico, a partir de los elementos o las sustancias más simples que lo conforman. Mediante el análisis químico, se estudia y se determina qué elementos y compuestos forman una sustancia. El análisis químico permitió descubrir que el agua, que durante muchos siglos se consideró un elemento, en realidad está formada por hidrógeno y oxígeno. Los elementos y compuestos simples que constituyen una sustancia, se les llama precursores. La síntesis química hace lo opuesto al análisis, es decir, construye compuestos químicos a partir de los precursores que lo constituyen. Las ecuaciones químicas que implican la combinación de dos o más sustancias y que dan como resultado la formación de una sustancia que las combina total o parcialmente (y a veces algún otro compuesto, al que se le llama subproducto), expresan reacciones de síntesis. La síntesis puede darse tanto en sustancias orgánicas como inorgánicas. La síntesis inorgánica es muy importante a nivel industrial, ya que permite obtener sustancias que en forma natural no existen en la naturaleza,como sucede con el acero (síntesis de hierro y carbono), o el bronce (síntesis de cobre, estaño y a veces níquel). En la química orgánica, los procesos de síntesis se dan tanto en la naturaleza como en los laboratorios. Todos los organismos vivos toman nutrientes y sustancias que, al combinarse en los procesos biológicos, dan origen a todos los compuestos que integran un organismo. Estos procesos también pueden reproducirse en el laboratorio, y son la base de las industrias farmacéuticas, de cosméticos y alimenticias, ya que existen sustancias naturales que, por su gran utilidad y escases, resultarían muy costosas. El análisis químico permite aislar las sustancias activas y sus componentes, mientras que la síntesis química permite reproducir en el laboratorio esas moléculas. Es por eso que a estos compuestos creados en laboratorio también se les llama compuestos sintéticos. La síntesis orgánica también se usa en la industria para crear plásticos, textiles y componentes electrónicos. Ejemplo de síntesis químicas: Una de las síntesis químicas inorgánicas más comunes, es la de la formación del agua. En ella se combinan dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno: 2H2 + O2 —> 2H2O Otra síntesis inorgánica más compleja, es la formación de sosa. En ella se combinan el óxido de sodio y el agua, SINTESIS QUÍMICA ORGANICA APRENDIZAJE ESPERADO: Identificar y reconocer procesos de síntesis química de importancia cotidiana. 13 dando como resultado el hidróxido de sodio: Na2O + H2O —> 2Na(OH) Un ejemplo de síntesis compleja, es la síntesis orgánica de la Aspirina. La aspirina es un compuesto derivado de una sustancia natural del árbol de sauce, llamada ácido salicílico. En forma natural se encuentra en las hojas y corteza de éste árbol y se usa desde la antigüedad como medicamento para la fiebre y las inflamaciones. Las moléculas de ácido salicílico son ácidos orgánicos que en laboratorio se producen a partir de sustancias más sencillas. El proceso comienza a partir del benceno. Este compuesto orgánico es oxigenado para convertirlo en fenol. El fenol es mezclado con una solución acuosa de hidróxido de sodio, que se mantiene caliente hasta que se ha evaporado completamente el agua. Esto produce fenolato sódico. Una vez que el producto está completamente seco, se introduce en una autoclave (olla a presión) y se le inyecta monóxido de carbono, lo que convierte el fenolato de sodio en salicilato de sodio. El salicilato es blanqueado con zinc, y después se le agrega ácido sulfúrico, con lo que se logra que se precipite los cristales de ácido salicílico, los que se separan por centrifugación. Sin embargo, el ácido salicílico es irritante y daña el estómago, por lo que parte del proceso para la elaboración de la aspirina es agregarle un radical acético para que sea más tolerable en el estómago. Para esto lograr esto, el ácido salicílico es sometido a la acción del anhídrido acético, con el que reacciona, produciéndose ácido acetilsalicílico y como subproducto, ácido acético. Finalmente son separados por centrifugación, obteniendo cristales de ácido acetilsalicílico y el ácido acético, subproducto que es reutilizado. 14 ACTIVIDAD 4 I.- De manera individual realiza una investigación acerca de: 1. Algunas reacciones de síntesis y en qué proceso industrial se pueden encontrar. 2. El papel de las reacciones de síntesis en todas las sustancias de importancia para el ser humano. II.- Con base a tu investigación realiza un ensayo (1 cuartilla) explicando la importancia de las reacciones de síntesis en la vida cotidiana del ser humano y ejemplos, puedes basarte en las siguientes preguntas a manera de guía La síntesis química es el proceso por el cual se producen compuestos químicos a partir de compuestos simples o precursores químicos, su rama más amplia es la síntesis orgánica, también es realizada por los organismos vivientes en su metabolismo, como por ejemplo las proteínas. El principal objetivo de las síntesis químicas, además de producir nuevas sustancias químicas, es el desarrollo de métodos más económicos y eficientes para sintetizar sustancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico o el ácido ascórbico o vitamina C, que se encuentran de forma natural en muchos vegetales. Esta presente cuando tenemos una Metabolización, que nos permite luego de habernos alimentado poder crear nuevos productos químicos que nuestro cuerpo aprovecha para poder funcionar correctamente, sobre todo a la respiración celular. La síntesis inorgánica es muy importante a nivel industrial ya que permite obtener sustancias que en forma natural no existen en la naturaleza, como sucede con el acero (la síntesis de hierro y carbono), o el bronce (síntesis de cobre, estaño y a veces níquel). En la química orgánica los procesos de síntesis se dan tanto en la naturaleza como en los laboratorios. Todos los organismos vivos toman nutrientes y sustancias que al combinarse en los procesos biológicos, dan origen a todos los compuestos que integran un organismo. Estos procesos también pueden reproducirse en el laboratorio, y son la base de las industrias farmacéuticas, de cosméticos y alimenticias, ya que existen sustancias naturales que, por su gran utilidad y escases, resultarían muy costosas. La síntesis orgánica también se usa en la industria para crear plásticos, textiles y componentes electrónicos. Una de las síntesis químicas inorgánicas más comunes, es la de la formación del agua. En ella se combinan dos átomos de hidrógeno con uno de oxígeno: 2H2 + O2 = 2H2O Un ejemplo de síntesis compleja, es la síntesis orgánica de la Aspirina. La aspirina es un compuesto derivado de una sustancia natural del árbol de sauce, llamada ácido salicílico. En forma natural se encuentra en las hojas y corteza de este árbol y se usa desde la antigüedad como medicamento para la fiebre y las inflamaciones. Las moléculas de ácido salicílico son ácidos orgánicos que en laboratorio se producen a partir de sustancias más sencillas. 15 tamaño creada comúnmente a través de la polimerización de subunidades más pequeñas. Una macromolécula es una molécula de gran Naturales y sintéticas Polímero Monómero Macromolécula CLASIFICACIÓN DEFINICIÓN CONCEPTO APRENDIZAJE ESPERADO: Identificar productos de uso cotidiano que incluyen entre sus componentes macromoléculas, monómeros o polímeros. COMPLETA LOS DATOS QUE PIDEN EN LA SIGUIENTE TABLA: La figura siguiente muestra algunas de los artefactos que usamos cotidianamente. Todos ellos están hechos de polímeros Sin duda, aunque el siglo XX se puede definir de muchas maneras, una de ellas es como la época de los plásticos. El desarrollo en la ciencia y tecnología de polímeros ha facilitado nuestras vidas y ha sido uno de los motores del desarrollo de la ciencia de los materiales. Un monómero es una molécula de pequeña masa molecular que está unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, formando macromoléculas llamadas polímeros. Aminoácidos, los nucleótidos, los monosacáridos y los ácidos grasos. Un polímero es una sustancia compuesta por grandes moléculas, o macromoléculas formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros. Naturales, semisintéticos y sintéticos. 16 El poliuretano es el tipo de polímeros de los mil usos, desde la humilde esponja para limpiar hasta material para construir grandes estructuras de ingeniería, pasando por material deportivo o aislantes térmicos para viviendas. La alta versatilidad del poliuretano se debe a la diferente estructura química. La ropa que llevas, posiblemente está fabricada de una mezcla de poliésteres y poliamidas.Este último material supuso una revolución cuando comenzó su comercialización en 1940, especialmente por el primer uso popular: las medias de nylon. Pero también hay que recordar que fue un material fundamental que ayudó a que los aliados conquisten la II Guerra Mundial. Con este material se fabricaron los paracaídas usados en el desembarco de Normandía, y otros equipamientos. También son poliésteres los materiales con los que se fabrican las botellas de plástico, que son poli(tereftalatos); cuyos derivados se están usando para fabricar ropas “inteligentes”. Por otro lado, un tipo especial de poliamidas, las derivadas de ácidos y aminas aromáticas, se usan para preparar materiales resistentes con los que se hacen los chalecos antibalas o para protección en deportes de riesgos y de contacto. Materiales relacionados son los policarbonatos, que se usan para aplicaciones tan diversas como revestimientos en latas de conserva o cubiertas para estadios deportivos. Por supuesto, en nuestra vida cotidiana usamos desde modestos artilugios como las bolsas, vasos o platos de plástico hasta el equipamiento de altas prestaciones (como los trajes de astronautas), pasando por revestimientos para los cables eléctricos, materiales para envasado de alimentos, recubrimientos de sartenes, mobiliario etc. Todos estos materiales están construidos con poli olefinas, como el polietileno, el polipropileno, el poli estireno, el poli(cloruro de vinilo), o el teflón, entre otros. Otro tipo de polímero relacionado con las poliofefinas son el caucho natural: Este polímero se obtiene a partir de la corteza de algunos árboles, cuando se hace una pequeña incisión en ellos, liberando una sustancia de aspecto blanco y lechoso denominada comúnmente como látex. El látex: contiene aproximadamente 30% de caucho en forma de pequeñas gotas, que solidifican por coagulación mediante un tratamiento con ácido fórmico o ácido acético. Este caucho obtenido debe procesarse en máquinas provistas de cilindros rotatorios, con el fin de obtener un material laminado y flexible llamado “caucho bruto”. Sin embargo, con el tiempo este caucho se oxida lentamente, fragilizándose, por lo que debe ser sometido a otros procesos para obtener las propiedades que se desean. Al agregar sustancias químicas al caucho, se cambian sus propiedades, haciéndose muchas veces más resistente y elástico, como ocurre en el proceso de vulcanización, en donde a través de un tratamiento térmico, se agrega azufre al caucho para mejorar sus propiedades. 17 ANEXO TABLAS DE POLÍMEROS MAS COMUNES 18 15 CONDENSACIÓN
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