Ar

Identificação

N o CAS

132259-10-0

Código ATC

V03 AN05

Propriedades quimicas

Massa molar

28,965 g / mol

Propriedades físicas

Fusão T °

-216,2 ° C ( 1 atm )

T ° fervendo

−194,3 ° C ( 1 atm , 874,0 kg / m 3 )

Solubilidade

0,0292 vol / vol (água, 0 ° C )

Massa volumica

1,2 kg / m 3 ( 21,1 ° C , 1 atm )

equação: $\ rho = 2,8963 / 0,26733 ^ {{(1+ (1-T / 132,45) ^ {{0,27341}})}}$
Densidade do líquido em kmol m -3 e temperatura em Kelvin, de 59,15 a 132,45 K.
Valores calculados:

T (K)	T (° C)	ρ (kmolm -3 )	ρ (gcm -3 )
59,15	-214	33,279	0,96346
64,04	-209,11	32.58869	0,94348
66,48	-206,67	32,23553	0,93325
68,92	-204,23	31.87673	0,92286
71,37	-201,78	31.51191	0,9123
73,81	-199,34	31,1407	0,90155
76,25	-196,9	30,76265	0,89061
78,7	-194,45	30.37727	0,87945
81,14	-192,01	29,98402	0,86807
83,58	-189,57	29,58227	0,85644
86,03	-187,12	29,17134	0,84454
88,47	-184,68	28.75043	0,83235
90,91	-182,24	28,31862	0,81985
93,36	-179,79	27,87485	0,807
95,8	-177,35	27,41789	0,79378

T (K)	T (° C)	ρ (kmolm -3 )	ρ (gcm -3 )
98,24	-174,91	26.94629	0,78012
100,69	-172,46	26,4583	0,76599
103,13	-170,02	25,95184	0,75133
105,57	-167,58	25,42432	0,73606
108,02	-165,13	24,87256	0,72009
110,46	-162,69	24,29248	0,70329
112,9	-160,25	23.67876	0,68552
115,35	-157,8	23.02425	0,66657
117,79	-155,36	22,31896	0,64616
120,23	-152,92	21.5482	0,62384
122,68	-150,47	20,68889	0,59896
125,12	-148,03	19.70092	0,57036
127,56	-145,59	18,50274	0,53567
130,01	-143,14	16,86972	0,4884
132,45	-140,7	10,834	0,31366

Pressão de vapor de saturação

equação: $P _ {{vs}} = exp (21,662 + {\ frac {-692,39} {T}} + (- 0,39208) \ vezes ln (T) + (4,7574E-3) \ vezes T ^ {{1}} )$
Pressão em pascais e temperatura em Kelvins, de 59,15 a 132,45 K.
Valores calculados:

T (K)	T (° C)	P (Pa)
59,15	-214	5 642,1
64,04	-209,11	13 676,16
66,48	-206,67	20.287,07
68,92	-204,23	29.273,08
71,37	-201,78	41.205,23
73,81	-199,34	56.721,39
76,25	-196,9	76.522,59
78,7	-194,45	101.368,15
81,14	-192,01	132.069,94
83,58	-189,57	169.486,04
86,03	-187,12	214.514,02
88,47	-184,68	268.084,01
90,91	-182,24	331.151,84
93,36	-179,79	404.692,36
95,8	-177,35	489.693

T (K)	T (° C)	P (Pa)
98,24	-174,91	587.147,76
100,69	-172,46	698.051,67
103,13	-170,02	823.395,76
105,57	-167,58	964.162,48
108,02	-165,13	1.121.321,73
110,46	-162,69	1 295 827,41
112,9	-160,25	1.488.614,46
115,35	-157,8	1.700.596,36
117,79	-155,36	1.932.663,17
120,23	-152,92	2 185 679,89
122,68	-150,47	2.460.485,32
125,12	-148,03	2.757.891,17
127,56	-145,59	3.078.681,54
130,01	-143,14	3.423.612,7
132,45	-140,7	3.793.400

Ponto crítico

-140,6 ° C , 3.771 kPa , 351 kg / m 3

Condutividade térmica

0,023 4 W m −1 K −1

Termoquímica

C p

equação: $C _ {{P}} = (- 214460) + (9185,1) \ vezes T + (- 106,12) \ vezes T ^ {{2}} + (0,41616) \ vezes T ^ {{3}}$
Capacidade térmica do líquido em J kmol -1 K -1 e temperatura em Kelvin, de 75 a 115 K.
Valores calculados:

T (K)	T (° C)	C p $(\ tfrac {J} {kmol \ times K})$	C p $(\ tfrac {J} {kg \ vezes K})$
75	-198,15	53.070	1.833
77	-196,15	53.598	1.851
79	-194,15	54.051	1.867
80	-193,15	54.254	1.874
81	-192,15	54.444	1.881
83	-190,15	54.797	1.893
84	-189,15	54.965	1.899
85	-188,15	55 131	1.904
87	-186,15	55.464	1.916
88	-185,15	55 637	1.922
89	-184,15	55 817	1.928
91	-182,15	56 210	1.942
92	-181,15	56.428	1.949
93	-180,15	56.664	1.957
95	-178,15	57.197	1.976

T (K)	T (° C)	C p $(\ tfrac {J} {kmol \ times K})$	C p $(\ tfrac {J} {kg \ vezes K})$
96	-177,15	57.499	1.986
97	-176,15	57 830	1997
99	-174,15	58.582	2.024
100	-173,15	59.010	2.038
101	-172,15	59.475	2.054
103	-170,15	60.527	2.091
104	-169,15	61 120	2 111
105	-168,15	61.760	2.133
107	-166,15	63 192	2 183
108	-165,15	63.989	2 210
109	-164,15	64.843	2.240
111	-162,15	66 735	2 305
112	-161,15	67.777	2 341
113	-160,15	68 886	2.379
115	-158,15	71.320	2.463

Propriedades ópticas

Índice de refração

n _ {{633}} ^ {{20}}

1.00026825 ( 100 kPa , ar seco com 450 ppm de CO 2)

Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário.

O ar é uma mistura de gases que constituem a atmosfera da Terra . Normalmente é incolor, invisível e inodoro.

Composição

O ar seco próximo ao solo é uma mistura homogênea de gases. É aproximadamente composto por fração molar ou por volume de:

78,08% de nitrogênio ;
20,95% de oxigênio ;
menos de 1% de outros gases, incluindo:
- gases nobres , principalmente:
  - de argônio (0,93%);
  - de neon (0,0018%, 18 ppmv );
  - de hélio (5,2 ppmv );
  - de criptônio (1,1 ppmv );
  - o xenônio (0,09 ppmv ).
- de dióxido de carbono (CO 2) ~ 0,04% (415 ppmv emAbril de 2021),
- de metano 0,000187% (1,87 ppmv em 2019).

Ele também contém vestígios de 0,000072% dihidrogênio (0,72 ppmv ), mas também ozônio , bem como uma presença mínima de radônio . Também pode conter dióxido de enxofre , óxidos de nitrogênio , substâncias finas em suspensão na forma de aerossol , poeira e microorganismos.

Na maioria das vezes, o ar no ambiente terrestre é úmido porque contém vapor de água . Perto do solo, a quantidade de vapor d'água é muito variável. Depende das condições climáticas e, em particular, da temperatura. A pressão parcial do vapor de água no ar é limitada por sua pressão de vapor saturado, que varia muito com a temperatura:

Temperatura do ar	−10 ° C	0 ° C	10 ° C	20 ° C	30 ° C	40 ° C
% vapor de água para uma pressão de ar de 1013 hPa	0 a 0,2%	0 a 0,6%	0 a 1,2%	0 a 2,4%	0 a 4,2%	0 a 7,6%

A porcentagem de vapor d'água presente no ar é medida pela taxa de umidade , sendo um elemento importante para as previsões do tempo. Existem várias grandezas para descrever a hidrometria: umidade absoluta , que corresponde à massa de vapor d'água por volume de ar; e umidade relativa , que é a porcentagem da pressão parcial do vapor d'água em relação à pressão do vapor saturado .

O nível de dióxido de carbono varia com o tempo. Por um lado, ela sofre uma alteração anual de cerca de 6,5 ppmv ( p ec ç ã o p AR m ilhão em v olume) de amplitude. Por outro lado, a taxa média anual aumenta de 1,2 a 1,4 ppmv por ano. Cerca de 384 ppmv (0,0384%) em meados de 2008, era 278 ppmv antes da revolução industrial , 315 ppmv em 1958, 330 ppmv em 1974 e 353 ppmv em 1990. Este efeito estufa desempenha um papel importante no aquecimento global do planeta .

O metano é outro grande efeito estufa cuja taxa aumenta com o tempo: 800 mm 3 / m 3 (0,8 ppmv ) na era pré-industrial, 1585 mm 3 / m 3 em 1985, 1663 mm 3 / m 3 em 1992 e 1.676 mm 3 / m 3 em 1996.

Até cerca de 80 km de altitude, a composição do ar seco é muito homogênea, sendo a única variação significativa na composição do ar a do teor de vapor d'água.

Composição do ar

Composição do ar "seco"

Gás	Volume
ppmv: partes por milhão por volume ppmm: partes por milhão em massa
Nitrogênio (N 2 )	780.840 ppmv (78,084%)
Dioxigênio (O 2 )	209.460 ppmv (20.946%)
Argônio (Ar)	9.340 ppmv (0,9340%)
Dióxido de carbono (CO 2)	415 ppmv (0,0415%), ou 630 ppmm (em abril de 2021)
Neon (Ne)	18,18 ppmv
Hélio (He)	5,24 ppmv
Metano (CH 4 )	1.745 ppmv
Criptônio (Kr)	1,14 ppmv
Dihidrogênio (H 2 )	0,55 ppmv
Adicione ao ar seco:
Vapor de água (H 2 O)	de <1% a ~ 5% (muito variável)

Componentes de ar menores

Gás	Volume
Óxido nítrico (NO)	0,5 ppmv
Óxido nitroso (N 2 O)	0,3 ppmv
Xenon (Xe)	0,09 ppmv
Ozônio (O 3 )	≤ 0,07 ppmv
Dióxido de nitrogênio (NO 2 )	0,02 ppmv
Iodo (I 2 )	0,01 ppmv
Monóxido de carbono (CO)	0,2 ppmv
Amônia (NH 3 )	vestígios

As proporções de massa podem ser avaliadas multiplicando as proporções de volume pela razão da massa molar do gás considerada dividida pela massa molar de ar, ou seja, 28,976 g mol -1 , por exemplo, no caso de CO 2. Essa proporção não é desprezível, pois é igual a 44 / 28,976 = 1,5185, portanto, o teor de massa de CO 2no ar igual a 415 × 1,5185 = 630 ppmm .

Massa volumica

Como o ar é um gás compressível, sua densidade (em kg / m 3 ) é função da pressão, temperatura e umidade.

Para ar seco à pressão atmosférica normal ( 1013,25 hPa ):

Geralmente toma 1,293 kg / m 3 para 0 ° C e 1,204 kg / m 3 para 20 ° C .

Isso é generalizado ( fórmula do gás ideal ) em: (com T em kelvins e P em pascais de acordo com as convenções do SI). Para uma temperatura θ em graus Celsius, a temperatura T em kelvins é obtida adicionando 273,15 a θ : T (K) = θ (° C) + 273,15 . ${\ displaystyle \ rho = 1,293 \; \ mathrm {kg / m ^ {3}} \ cdot {\ frac {273,15 \; \ mathrm {K}} {T}} \ cdot {\ frac {P} { 101 \; 325 \; {\ text {Pa}}}}}$

Potencial de aquecimento global

O potencial de aquecimento global (GWP em inglês : GWP: Potencial de aquecimento global ) ou CO 2 equivalentepermite medir a “nocividade” de cada gás de efeito estufa .

A tabela a seguir fornece o valor do GWP para os principais gases de efeito estufa presentes no ar:

PRG	1 (referência)	8	23	310	de 1.300 a 1.400	de 6.200 a 7.100	6500	22.800
gás	dióxido de carbono	vapor d'água	metano	óxido nitroso (N 2 O)	clorodifluorometano (HCFC)	diclorodifluorometano (CFC)	tetrafluoreto de carbono (CF 4 )	hexafluoreto de enxofre (SF 6 ).

Índice de refração

A expressão para o índice de refração do ar "em condições padrão" é: ${\ displaystyle n_ {s} = 1 + 6.4328 \ times 10 ^ {- 5} + {\ frac {2,94981 \ times 10 ^ {- 2}} {146- \ sigma ^ {2}}} + {\ frac {2.554 \ times 10 ^ {- 4}} {41- \ sigma ^ {2}}}}$

com onde é o comprimento de onda expresso em nanômetros (nm), onde é o recíproco do comprimento de onda em micrômetros.

{\ displaystyle \ sigma = {\ frac {1 \; 000} {\ lambda}}}

\ lambda

\ sigma

É para ar seco com 0,03% de dióxido de carbono , a uma pressão de 101.325 Pa (760 milímetros de mercúrio) e a uma temperatura de 288,15 Kelvin ( 15 ° C ).

Podemos obter n para uma temperatura ou pressão diferente, usando uma das seguintes expressões:

{\ displaystyle n = 1 + (n _ {\ text {s}} - 1) \ times \ left ({\ frac {p} {p _ {\ text {s}}}} \ right) \ times \ left ({\ frac {T _ {\ text {s}}} {T}} \ right)}

com:

T , temperatura expressa em kelvins ;
p , pressão em pascais;
T s , 288,15 K ;
p s , 101.325 Pa ;
n s , índice de refração do ar dado acima,

ou :

{\ displaystyle n = 1 + {\ frac {(n _ {\ text {s}} - 1) \ times p \ times (1 + p \ times \ beta _ {(T)}) \ times (1 + T_ {s} \ times \ alpha)} {p_ {s} \ times (1 + p_ {s} \ times \ beta _ {15}) \ times (1 + T \ times \ alpha)}}}

com:

T , temperatura em graus Celsius ;
T s , 15 ° C ;
p , pressão em mmHg ;
p s , 760 mmHg ;
$\ alpha ~$ , 0,00366 K −1 ;
$\ beta _ {{(T)}} ~$ , (1,049 - 0,015 T ) × 10 -6 mmHg -1 ;
$\ beta _ {{15}} ~$ , 8,13 × 10 -7 mmHg -1 ;
n s , índice de refração do ar dado acima.

Propriedades termofísicas

De tabelas publicadas por Frank M. White, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

com:

T , temperatura em Kelvin ;
ρ , densidade ;
μ , viscosidade dinâmica ;
ν , viscosidade cinemática ;
C p , calor específico a pressão constante ;
λ , condutividade térmica ;
a , difusividade térmica ;
Pr , número de Prandtl .

Ar à pressão atmosférica

T	ρ	µ	ν	C p	λ	no	Pr
K	kg m -3	kg m −1 s −1	m 2 s −1	J kg −1 K −1	W m −1 K −1	m 2 s −1	-
250	1.413	1,60 × 10 −5	0,949 × 10 −5	1.005	0,0223	1,32 × 10 −5	0,722
300	1,177	1,85 × 10 −5	1,57 × 10 −5	1.006	0,0262	2,22 × 10 −5	0,708
350	0,998	2,08 × 10 −5	2,08 × 10 −5	1.009	0,0300	2,98 × 10 −5	0,697
400	0,883	2,29 × 10 −5	2,59 × 10 −5	1.014	0,0337	3,76 × 10 −5	0,689
450	0,783	2,48 × 10 −5	2,89 × 10 −5	1.021	0,0371	4,22 × 10 −5	0,683
500	0,705	2,67 × 10 −5	3,69 × 10 −5	1.030	0,0404	5,57 × 10 −5	0,680
550	0,642	2,85 × 10 −5	4,43 × 10 −5	1.039	0,0436	6,53 × 10 −5	0,680
600	0,588	3,02 × 10 −5	5,13 × 10 −5	1.055	0,0466	7,51 × 10 −5	0,680
650	0,543	3,18 × 10 −5	5,85 × 10 −5	1.063	0,0495	8,58 × 10 −5	0,682
700	0,503	3,33 × 10 −5	6,63 × 10 −5	1.075	0,0523	9,67 × 10 −5	0,684
750	0,471	3,48 × 10 −5	7,39 × 10 −5	1.086	0,0551	10,8 × 10 −5	0,686
800	0,441	3,63 × 10 −5	8,23 × 10 −5	1.098	0,0578	12,0 × 10 −5	0,689
850	0,415	3,77 × 10 −5	9,07 × 10 −5	1 110	0,0603	13,1 × 10 −5	0,692
900	0,392	3,90 × 10 −5	9,93 × 10 −5	1.121	0,0628	14,3 × 10 −5	0,696
950	0,372	4,02 × 10 −5	10,8 × 10 −5	1.132	0,0653	15,5 × 10 −5	0,699
1000	0,352	4,15 × 10 −5	11,8 × 10 −5	1.142	0,0675	16,8 × 10 −5	0,702
1.100	0,320	4,40 × 10 −5	13,7 × 10 −5	1.161	0,0723	19,5 × 10 −5	0,706
1.200	0,295	4,63 × 10 −5	15,7 × 10 −5	1.179	0,0763	22,0 × 10 −5	0,714
1.300	0,271	4,85 × 10 −5	17,9 × 10 −5	1.197	0,0803	24,8 × 10 −5	0,722

A relação entre a temperatura e a condutividade térmica do ar, válida para uma temperatura entre 100 K e 1600 K, é a seguinte:

{\ displaystyle \ lambda = 1 {,} 5207 \ vezes 10 ^ {- 11} \ T ^ {3} -4 {,} 857 \ vezes 10 ^ {- 8} \ T ^ {2} +1 {,} 0184 \ vezes 10 ^ {- 4} \ T-3 {,} 9333 \ vezes 10 ^ {- 4}}

ou :

$T$ : temperatura expressa em K
$\ lambda$ : condutividade térmica em W m −1 K −1

A relação entre a viscosidade dinâmica do ar e a temperatura é:

{\ displaystyle \ mu = 8 {,} 8848 \ vezes 10 ^ {- 15} \ T ^ {3} -3 {,} 2398 \ vezes 10 ^ {- 11} \ T ^ {2} +6 {,} 2657 \ vezes 10 ^ {- 8} \ T + 2 {,} 3543 \ vezes 10 ^ {- 6}}

ou :

$T$ : temperatura em K
$\ mu$ : viscosidade dinâmica em kg m −1 s −1

A relação entre a viscosidade cinemática do ar e a temperatura é:

{\ displaystyle \ nu = -1 {,} 363528 \ times 10 ^ {- 14} \ T ^ {3} +1 {,} 00881778 \ times 10 ^ {- 10} \ T ^ {2} +3 {, } 452139 \ vezes 10 ^ {- 8} \ T-3 {,} 400747 \ vezes 10 ^ {- 6}}

ou :

$T$ : temperatura em K
$\nu$ : viscosidade cinemática em m 2 / s

De acordo com a informação WPI (en) , a relação entre o calor específico do ar e a temperatura é:

{\ displaystyle C_ {p} = 1 {,} 9327 \ vezes 10 ^ {- 10} \ T ^ {4} -7 {,} 9999 \ vezes 10 ^ {- 7} \ T ^ {3} +1 { ,} 1407 \ vezes 10 ^ {- 3} \ T ^ {2} -4 {,} 4890 \ vezes 10 ^ {- 1} \ T + 1 {,} 0575 \ vezes 10 ^ {3}}

ou :

$T$ : temperatura em K
$C_p$ : calor específico em J kg −1 K −1

Pressão

Devido à diminuição da pressão do ar com a altitude , é necessário pressurizar as cabines dos aviões e outras aeronaves . Na prática, a pressão imposta nas cabines é maior que a pressão externa, porém menor que a pressão ao nível do solo.

O ar comprimido também é usado no mergulho .

Liquefação

O ar é composto por diferentes gases que, se resfriados o suficiente, acabam passando para o estado líquido e depois para o estado sólido . Por exemplo, o oxigénio torna-se sólido a uma temperatura de -218 ° C , o azoto liquefaz a -195 ° C . A uma temperatura de -270 ° C (cerca de 3 K ), todos os gases, exceto o hélio, são sólidos e obtemos "ar congelado".

O ar não poderia ser liquefeito antes de serem conhecidas as pressões e temperaturas críticas que marcam os limites teóricos além dos quais um composto só pode existir no estado gasoso. Como o ar é uma mistura, esses valores não têm um significado estrito, mas, na verdade, a uma temperatura acima de -140 ° C , o ar não é mais liquefeito.

Temperatura de ebulição dos componentes do ar

Sobrenome	Fórmula	Temperatura
Dinitrogênio	No. 2	−195,79 ° C , nitrogênio líquido
Oxigênio	O 2	−183 ° C , oxigênio líquido
Argônio	Ar	-185,85 ° C
Dióxido de carbono	CO 2	-56,6 ° C a 5,12 atm
Néon	Nascer	-246,053 ° C
Hélio	Ei	-268,93 ° C , hélio líquido
Monóxido de nitrogênio	NÃO	-151,8 ° C
Krypton	Kr	−154,34 ° C
Metano	CH 4	-161,52 ° C
Dihidrogênio	H 2	-252,76 ° C , hidrogênio líquido
Óxido nitroso	N 2 O	-88,5 ° C
Xenon	Xe	-108,09 ° C
Dióxido de nitrogênio	NO 2	21,2 ° C
Ozônio	O 3	-111,9 ° C
Radon	Rn	-61,7 ° C

As primeiras gotas de ar líquido foram obtidas quase simultaneamente por Louis Paul Cailletet e Raoul-Pierre Pictet em 1877 , por expansão repentina entre 300 e 1 atmosfera.

Em 1894 , o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes desenvolveu a primeira instalação de ar líquido. Nos 40 anos seguintes, pesquisadores da França, Grã-Bretanha, Alemanha e Rússia fizeram muitas melhorias no processo.

Sir James Dewar liquefez o hidrogênio pela primeira vez em 1898 e o hélio Heike Kamerlingh Onnes , o gás mais difícil de liquefazer, em 1908 .

Independentemente de Carl von Linde , Georges Claude desenvolveu em 1902 um processo industrial para liquefazer o ar.

Simbólico

Em um campo não científico, o ar é um dos quatro elementos (junto com o fogo , a água e a terra ) que já foram considerados (e ainda são considerados em algumas culturas) como as substâncias nas quais se baseariam ao longo da vida. Ele é o símbolo do Espírito.
O ar também é frequentemente associado a vários outros conceitos, como a família de espadas nos baralhos de tarô .

Notas e referências

Notas

Esta é a massa molar do ar seco.

Referências

" Air " , em olivier.fournet.free.fr (acessado em 4 de março de 2010 )
(en) Compressed Gas Association, Manual de gases comprimidos , Springer,1999, 4 th ed. , 702 p. ( ISBN 0-412-78230-8 , leia online ) , p. 234
(en) Robert H. Perry e Donald W. Green , Perry's Chemical Engineers 'Handbook , EUA, McGraw-Hill,1997, 7 th ed. , 2400 p. ( ISBN 0-07-049841-5 ) , p. 2-50
(em) Philip E. Ciddor, " Refractive index of air: new equations for the visível e near infrared " , Applied Optics , Vol. 35, n o 9,1996, p. 1566-1573 ( DOI 10.1364 / AO.35.001566 )
(em) CO2 global recente em noaa.gov, acessado em 21 de abril de 2021.
(in) The Keeling Curve , o site keelingcurve.ucsd.edu, acessado em 23 de abril de 2015
Concentração de CO 2 na atmosfera terrestre
Concentração de CO 2 medida em Mauna Loa (Havaí), NOAA.
Concentração de metano medida em Mauna Loa (Havaí), NOAA.
Na prática, o ar fortemente seco ainda contém vestígios de vapor de água.
Fonte de dados: Dióxido de carbono: (en) NASA - Earth Fact Sheet , janeiro de 2007. Metano: IPCC TAR; tabela 6.1, 1998 (en) Terceiro Relatório de Avaliação do IPCC "Mudanças Climáticas 2001" por GRID-Arendal em 2003. O total da NASA foi de 17 ppmv de 100%, e o CO 2aumentou aqui em 15 ppmv . Para normalizar, o N 2 deve ser reduzido em 25 ppmv e o O 2 em 7 ppmv .
" Índice de refração do ar " , em olivier.fournet.free.fr (acessado em 4 de março de 2010 )
Profissionais Químicos
Chemical Professionals , não encontrado em 11 de agosto de 2013
Este documento do site WPI , no site wpi.edu

Ar

Composição

Composição do ar

Massa volumica

Potencial de aquecimento global

Índice de refração

Propriedades termofísicas

Pressão

Liquefação

Simbólico

Notas e referências

Notas

Referências

Veja também

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