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lunes, 8 de junio de 2026
domingo, 7 de junio de 2026
Figura. Dra. Alenka Luzar
Uno de los aportes más influyentes de Luzar fue el desarrollo de modelos para describir la formación, ruptura y reorganización de los puentes de hidrógeno en el agua líquida. Mediante simulaciones moleculares avanzadas, logró cuantificar la velocidad con que estos enlaces se crean y destruyen, proporcionando una descripción dinámica mucho más precisa de la estructura del agua. Sus investigaciones ayudaron a explicar propiedades aparentemente simples, como la elevada capacidad calorífica, la tensión superficial y el comportamiento anómalo de la densidad del agua. Estos estudios también tuvieron impacto en áreas relacionadas con la bioquímica, la ciencia de materiales y los procesos de solvatación, fundamentales para comprender cómo las sustancias se disuelven y reaccionan en medios acuosos.
Además de sus contribuciones científicas, Alenka Luzar ha sido una figura importante en la formación de nuevos investigadores y en la difusión de métodos computacionales aplicados a la química. Sus publicaciones sobre dinámica de puentes de hidrógeno se encuentran entre las más citadas en el campo de la química física del agua. Gracias a sus investigaciones, los científicos disponen de herramientas más precisas para estudiar fenómenos que van desde el plegamiento de proteínas hasta el comportamiento de electrolitos y soluciones complejas. Su trabajo demuestra cómo el uso de modelos teóricos y simulaciones computacionales puede revelar procesos invisibles para la observación directa, pero esenciales para comprender el comportamiento de la materia.
Figura. Rhazes al-Razi
En el campo de la química y la alquimia, Al-Razi realizó importantes aportes experimentales. Describió con detalle numerosas sustancias químicas, clasificó materiales de origen mineral, vegetal y animal, y perfeccionó técnicas de laboratorio como la destilación, la filtración, la cristalización, la sublimación y la calcinación. También estudió sustancias corrosivas y preparaciones que posteriormente serían fundamentales para el desarrollo de la química mineral. Entre sus contribuciones destaca la descripción de métodos para obtener y purificar compuestos utilizados en medicina y en procesos artesanales. Su obra mostró una fuerte preocupación por la observación directa y la reproducibilidad experimental, rasgos que anticipan aspectos del método científico moderno.
Como médico, Al-Razi escribió enciclopedias y tratados que influyeron durante siglos tanto en el mundo islámico como en Europa. Su obra más famosa, Al-Hawi (El compendio), reunió conocimientos médicos de múltiples tradiciones junto con sus propias observaciones clínicas. También fue uno de los primeros autores en diferenciar claramente la viruela del sarampión, contribuyendo al avance del diagnóstico médico. Sus escritos fueron traducidos al latín y utilizados en universidades europeas durante la Edad Media y el Renacimiento. Hoy es recordado como una figura fundamental en la historia de la medicina, la química experimental y la transmisión del conocimiento científico entre Oriente y Occidente.
Figura. Dorothy Crowfoot Hodgkin
A lo largo de su carrera, Hodgkin aplicó la cristalografía de rayos X para resolver estructuras moleculares extremadamente complejas. Entre sus logros más importantes se encuentra la determinación de la estructura de la penicilina, descubrimiento que ayudó a comprender mejor el funcionamiento de este importante antibiótico. También logró descifrar la estructura de la vitamina B₁₂, una molécula esencial para numerosos procesos biológicos. Este trabajo representó un enorme desafío científico debido al tamaño y complejidad de la molécula. Gracias a estos avances recibió el Premio Nobel de Química en 1964. Sus investigaciones demostraron el enorme potencial de la cristalografía para estudiar sustancias biológicas y farmacológicas con una precisión sin precedentes.
Uno de los proyectos más célebres de Hodgkin fue la determinación de la estructura de la insulina, hormona fundamental para el metabolismo de la glucosa. Este trabajo requirió décadas de investigación y contribuyó significativamente al desarrollo de tratamientos más eficaces para la diabetes. Además de sus aportes científicos, fue una defensora de la cooperación internacional y de la participación de las mujeres en la ciencia. Su legado transformó la comprensión de las biomoléculas, impulsó el desarrollo de la química estructural moderna y abrió el camino para numerosas investigaciones posteriores en bioquímica, farmacología y biología molecular. Hoy es considerada una de las científicas más influyentes del siglo XX.
Figura. Svante Arrhenius
La contribución más conocida de Arrhenius fue su teoría de la disociación electrolítica, presentada en 1884. Según esta teoría, ciertas sustancias al disolverse en agua se separan espontáneamente en iones, explicando así la conductividad eléctrica de las disoluciones. Esta propuesta permitió comprender la diferencia entre electrolitos fuertes, electrolitos débiles y no electrolitos, conceptos fundamentales en la química moderna. También formuló la célebre ecuación de Arrhenius, que relaciona la velocidad de una reacción química con la temperatura y la energía de activación, proporcionando una herramienta esencial para el estudio de la cinética química. Por sus aportes revolucionarios recibió el Premio Nobel de Química en 1903, convirtiéndose en uno de los científicos más reconocidos de su generación.
Además de sus investigaciones químicas, Arrhenius realizó trabajos pioneros en otros campos científicos. Estudió fenómenos relacionados con la astrofísica, la inmunología y el clima terrestre. Fue uno de los primeros científicos en proponer que el aumento de la concentración de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera podía elevar la temperatura global mediante el efecto invernadero, una idea que adquiriría enorme relevancia décadas después. Su legado abarca desde la comprensión de las disoluciones iónicas hasta el estudio del cambio climático. Hoy es recordado como uno de los fundadores de la química física y como un científico cuyas ideas continúan influyendo en numerosas áreas de la ciencia moderna.
Figura. Patrones de precipitación.
Otro grupo importante corresponde a los sulfuros metálicos, entre ellos el sulfuro de hierro(II) (FeS), el sulfuro de zinc (ZnS) y el sulfuro de plomo(II) (PbS). Estas sustancias suelen precipitar con facilidad en medios neutros o básicos debido a su escasa solubilidad. También destacan los hidróxidos de numerosos metales, especialmente los de transición y algunos metales del grupo II. Ejemplos frecuentes son el hidróxido de aluminio [Al(OH)₃], el hidróxido de hierro(III) [Fe(OH)₃] y el hidróxido de magnesio [Mg(OH)₂]. La formación de estos precipitados depende en gran medida del pH, ya que la concentración de iones hidróxido controla el equilibrio de precipitación y disolución.
Finalmente, los carbonatos y fosfatos de numerosos metales también presentan baja solubilidad en agua. Entre los ejemplos más representativos se encuentran el carbonato de calcio (CaCO₃) y el fosfato de hierro(III) (FePO₄). Estos compuestos suelen aparecer como sólidos cuando sus iones constituyentes se encuentran simultáneamente en solución. Aunque estos patrones no constituyen una lista completa de todas las sales insolubles, permiten identificar una gran cantidad de reacciones de precipitación comunes. Por ello, haluros poco solubles, sulfuros metálicos, hidróxidos, carbonatos y fosfatos constituyen una base práctica para predecir la formación de precipitados en sistemas acuosos.
Figura. Alice Augusta Ball
Su contribución científica más importante estuvo relacionada con el estudio del aceite de chaulmoogra, una sustancia utilizada durante siglos para tratar la lepra, pero cuya aplicación médica presentaba graves limitaciones. El aceite era viscoso, difícil de absorber y provocaba efectos secundarios considerables cuando se administraba a los pacientes. Ball desarrolló un método químico para aislar y modificar los ésteres etílicos de los ácidos grasos presentes en el aceite, obteniendo una preparación mucho más soluble y adecuada para inyección. Este procedimiento permitió que el tratamiento se distribuyera eficazmente por el organismo y produjo mejoras significativas en numerosos pacientes. La técnica se convirtió en el tratamiento estándar contra la lepra durante varias décadas y fue conocida posteriormente como el Método Ball, constituyendo uno de los mayores avances de la medicina tropical de comienzos del siglo XX.
Lamentablemente, Alice Ball falleció en 1916 a los 24 años, antes de poder completar gran parte de su prometedora carrera científica. Durante años su contribución fue minimizada y atribuida parcialmente a otros investigadores que continuaron el trabajo tras su muerte. Sin embargo, investigaciones históricas posteriores permitieron restituir el reconocimiento de su papel fundamental en el desarrollo del tratamiento. Hoy es recordada como una pionera de la química medicinal, la farmacología y la salud pública, un símbolo de perseverancia frente a las barreras raciales y de género, y una científica cuyo trabajo mejoró la vida de miles de personas afectadas por una de las enfermedades más estigmatizadas de su tiempo.
Figura. Ŷābir ibn Hayyān
La importancia de Ŷābir radica en que promovió un enfoque más sistemático y experimental para el estudio de las sustancias. Sus escritos describen procedimientos de destilación, sublimación, cristalización, filtración y otras operaciones que posteriormente se convertirían en técnicas fundamentales de laboratorio. También se le atribuyen avances en el estudio de los ácidos, las sales y diversos compuestos minerales. Aunque muchas de sus ideas todavía estaban influidas por la alquimia y la búsqueda de la transmutación de metales, su insistencia en la observación, la experimentación y la descripción detallada de los procedimientos representó un cambio importante respecto a tradiciones más especulativas. Por ello, numerosos historiadores lo consideran una figura clave en la transición entre la alquimia antigua y la química experimental.
La influencia de Ŷābir ibn Hayyān se extendió mucho más allá del mundo islámico. Durante la Edad Media, numerosas obras atribuidas a él fueron traducidas al latín y circularon ampliamente por Europa, donde inspiraron a generaciones de alquimistas y estudiosos de la naturaleza. Aunque existe debate sobre la autoría exacta de algunos textos asociados a su nombre, el conjunto de la tradición jabiriana ejerció una profunda influencia en el desarrollo de la química de laboratorio, los métodos experimentales y la clasificación de sustancias. Hoy es recordado como uno de los personajes más importantes de la historia temprana de la química y como un símbolo del florecimiento científico del mundo islámico medieval.
sábado, 6 de junio de 2026
La concentración y las técnicas que la alteran
Regresar a [Reacciones en disolución acuosa]
La concentración
de una sustancia se refiere a una proporción entre un parámetro
relacionado con la cantidad de una sustancia de interés y otro parámetro
relacionado con el medio en el que dicha sustancia se encuentra
dispersa. La sustancia de interés suele llamarse soluto o analito,
mientras que el medio en el que se distribuye puede llamarse disolvente,
dispersante o, en términos más generales, mezcla. El parámetro
usado para describir el dispersante puede referirse a una o varias sustancias
que componen la mezcla, o también a una propiedad global del sistema,
como la masa total, el volumen total o la cantidad total de
materia.
Figura 1. [Ŷābir
ibn Hayyān], conocido como Geber, fue un alquimista y precursor de
la química experimental durante la Edad de Oro islámica. Se le atribuyen
técnicas como destilación, cristalización, sublimación y filtración.
Aunque ligado a la alquimia, impulsó la observación y el trabajo de
laboratorio, influyendo en la química medieval islámica y europea.
Figura 2. [Alice
Augusta Ball] fue
una química medicinal estadounidense que desarrolló el Método Ball,
primer tratamiento eficaz contra la lepra antes de los antibióticos.
Modificó los ésteres etílicos del aceite de chaulmoogra para hacerlo
inyectable y más soluble. Fue pionera afroamericana en la Universidad de Hawái
y símbolo de ciencia, salud pública y perseverancia.
Conceptos básicos de la materia
Recordemos, desde
nuestra unidad de introducción a la química, que la materia puede
clasificarse en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras
incluyen los elementos, como Ne, O₂, O₃, S, S₈, P y P₄, y también los compuestos,
como H₂O, CO₂, NaCl o C₆H₁₂O₆. Las sustancias puras tienen una composición
definida, es decir, sus componentes aparecen en proporciones constantes.
En los compuestos, esas proporciones se expresan mediante los subíndices
de la fórmula química molecular o empírica. Dichos subíndices
representan las proporciones definidas entre los elementos, tal como lo
establece la ley de las proporciones definidas asociada a Proust.
En las mezclas,
en cambio, las proporciones entre los componentes no son fijas. Pueden
variar dentro de ciertos rangos sin que por ello cambie necesariamente
la identidad general del sistema. Por ejemplo, una disolución de
sal en agua puede tener más o menos sal, pero seguirá siendo una mezcla de agua
y sal mientras sus componentes se mantengan distribuidos. Esta variabilidad es
precisamente la razón por la cual necesitamos el concepto de concentración:
nos permite expresar
cuánto de una sustancia está presente en relación con otra parte del sistema.
Figura 3. [Las mezclas heterogéneas]
tienen composición no uniforme y permiten distinguir sus componentes o fases.
Pueden ser sólidas, como una ensalada; líquidas, como una bebida con hielo;
o gaseosas, como el smog. Su estudio permite aplicar técnicas de
separación como filtración, decantación, tamizado y centrifugación.
Figura 4. [Las
mezclas homogéneas] tienen composición uniforme y sus componentes no se
distinguen a simple vista. Pueden ser sólidas, como el latón; líquidas,
como agua con sal o vinagre; o incluir gases disueltos, como el CO₂ en
agua mineral. En todos los casos forman una sola fase visible.
Las mezclas, a su
vez, se clasifican en heterogéneas y homogéneas. En las mezclas
heterogéneas podemos distinguir sus componentes a simple vista o con
instrumentos sencillos, como ocurre con arena mezclada con limaduras de hierro
o con agua y aceite. En las mezclas homogéneas, por el contrario, nuestros ojos
no bastan para reconocer los componentes separados, porque la distribución
parece uniforme. Históricamente, algunas mezclas se identificaban mediante propiedades
organolépticas, como el olor o el sabor; sin embargo, este
procedimiento puede ser peligroso, especialmente cuando se trabaja con
sustancias tóxicas, corrosivas o desconocidas. Por ello, en esta
sección estudiaremos las técnicas experimentales más comunes que
permiten separar mezclas y analizar sus componentes de manera más segura
y controlada.
Clasificación por dispersión
(a) Sólido en sólido: puede formar una mezcla
homogénea cuando el sólido se distribuye a nivel atómico o molecular dentro
de otro sólido, como ocurre en una aleación. También puede ser heterogénea
si los componentes sólidos conservan fases distinguibles. Su propiedad más
relevante es la formación de materiales con resistencia, color o conductividad
modificada. Ejemplo: latón, formado por zinc en cobre.
(b) Sólido en líquido: puede ser homogénea
si el sólido se disuelve completamente, formando una solución, o heterogénea
si permanece como partículas suspendidas. Su propiedad más importante es la
posibilidad de disolución o sedimentación. Ejemplo homogéneo: sal en agua.
Ejemplo heterogéneo: arena en agua.
(c) Sólido en gas: normalmente es una mezcla
heterogénea, porque las partículas sólidas quedan suspendidas en el gas sin
disolverse realmente. Su propiedad más relevante es la suspensión temporal de
partículas finas. Ejemplo: humo.
(d) Líquido en sólido: suele ser heterogénea
y aparece cuando un líquido queda atrapado dentro de una red sólida. Su
propiedad clave es la retención del líquido en una estructura semirrígida.
Ejemplo: gelatina.
(e) Líquido en líquido: puede ser homogénea
si ambos líquidos son miscibles, o heterogénea si forman una emulsión.
Su propiedad central es la miscibilidad. Ejemplo homogéneo: alcohol en agua.
Ejemplo heterogéneo: leche.
(f) Líquido en gas: normalmente es heterogénea
y forma un aerosol líquido. Su propiedad clave es la suspensión de
gotitas en el aire. Ejemplo: niebla.
(g) Gas en sólido: es heterogénea,
con burbujas atrapadas en una matriz sólida. Ejemplo: piedra pómez.
(h) Gas en líquido: es heterogénea
y forma una espuma. Ejemplo: espuma de jabón.
(i) Gas en gas: es homogénea,
porque los gases se mezclan molecularmente. Ejemplo: aire.
Mezclas de clasificación
complicada
Existen algunas
mezclas cuya clasificación resulta más compleja que la simple división entre homogéneas
y heterogéneas. Estas mezclas reciben el nombre de coloides y
poseen partículas de tamaño intermedio entre una solución verdadera y una
suspensión. A simple vista suelen parecer homogéneas porque sus partículas son
demasiado pequeñas para observarse directamente, pero en realidad son
heterogéneas a escala microscópica. Entre los coloides más comunes se
encuentran la leche, la niebla, las gelatinas, la espuma de afeitar y
muchas pinturas. Debido a su tamaño intermedio, estas partículas no sedimentan
fácilmente y pueden permanecer dispersas durante largos períodos de tiempo.
Una de las
propiedades más características de los coloides es el efecto Tyndall,
fenómeno mediante el cual las partículas coloidales dispersan la luz que las
atraviesa. Gracias a este efecto es posible visualizar el recorrido de un haz
luminoso dentro de ciertos materiales. Por ejemplo, el haz de una linterna
puede hacerse visible al atravesar niebla o humo debido a la dispersión de la
luz por las partículas suspendidas. En una solución verdadera, como agua con
sal completamente disuelta, este efecto no ocurre porque las partículas son
demasiado pequeñas para dispersar la luz de manera apreciable. El efecto
Tyndall constituye una de las herramientas más utilizadas para diferenciar
experimentalmente una solución de un coloide.
Muchos colores
observados en la naturaleza se deben precisamente a este mecanismo de
dispersión. El color blanco de la leche se origina porque las gotas
microscópicas de grasa y las micelas de proteínas dispersan prácticamente todas
las longitudes de onda de la luz visible. De forma similar, el color azul de
algunos ojos no se debe a un pigmento azul, sino a la dispersión
preferencial de las longitudes de onda cortas por estructuras microscópicas
presentes en el iris. Un fenómeno relacionado explica también el color azul del
cielo. Estos ejemplos muestran cómo las propiedades ópticas de los coloides
y de otras estructuras microscópicas pueden influir profundamente en la
apariencia visual de materiales y seres vivos.
Alterando la concentración
Las técnicas de
separación pueden clasificarse también según su poder separativo, es
decir, según qué tan cerca permiten llegar a la pureza de los
componentes obtenidos. Métodos como la sedimentación, decantación,
imantación, filtración y centrifugación suelen realizar
separaciones gruesas o preliminares. Estas técnicas eliminan una fracción
importante de las impurezas, pero rara vez producen materiales completamente
puros. En un nivel intermedio se encuentran procesos como la evaporación,
la destilación y algunas formas de cromatografía, capaces de
producir sustancias con grados de pureza muy elevados. Finalmente, técnicas
avanzadas como la ultrafiltración molecular, la cromatografía de alta
resolución o ciertos procesos de membranas pueden aproximarse mucho más a la
separación ideal, aunque incluso ellas poseen límites físicos y económicos.
Por esta razón, en
química e ingeniería suele hablarse más de pureza efectiva que de pureza
absoluta. Un reactivo puede contener trazas de otras sustancias y aun así
comportarse, para todos los efectos prácticos, como si fuera puro. Por ejemplo,
el agua destilada de laboratorio contiene pequeñas cantidades de gases
disueltos y de iones provenientes del ambiente, pero para la mayoría de
aplicaciones químicas se considera suficientemente pura. De manera similar, una
sal obtenida por evaporación puede conservar cantidades mínimas de humedad o
impurezas, sin que ello afecte significativamente su comportamiento
experimental. La decisión de continuar o no una purificación depende del uso
previsto y del costo energético necesario para alcanzar niveles de pureza cada
vez mayores.
Además, algunos
sistemas presentan límites fundamentales que impiden una purificación completa
mediante técnicas convencionales. Un ejemplo clásico es el ácido clorhídrico
acuoso, cuya composición queda restringida por fenómenos de equilibrio y
volatilidad, impidiendo obtener ácido clorhídrico puro por simple destilación
de sus soluciones acuosas. De forma similar, mezclas como etanol-agua
forman composiciones límite conocidas como azeótropos, donde líquido y
vapor poseen prácticamente la misma composición y la destilación deja de
aumentar la pureza. Estos casos muestran que la separación perfecta es más un
ideal teórico que una realidad experimental, y que toda técnica posee fronteras
impuestas por las propiedades físicas y químicas de los materiales
involucrados.
Algunas técnicas de separación
Figura 5. El [embudo de separación por decantación]
permite separar líquidos inmiscibles según su densidad. El
líquido más denso queda abajo y sale primero al abrir la llave de paso,
mientras el menos denso permanece arriba. Se usa en extracción
líquido-líquido, purificación de compuestos y análisis químico. Debe
agitarse con cuidado y dejarse reposar.
Figura 6. [La filtración]
separa un sólido insoluble de un líquido mediante un material
poroso, como el papel de filtro. El líquido atraviesa el filtro y se
recoge como filtrado, mientras las partículas sólidas quedan retenidas
como residuo. Se usa en laboratorio, purificación de agua, preparación
de café y tratamiento de mezclas heterogéneas.
Figura 7. [La
imantación]separa mezclas heterogéneas cuando uno de sus componentes
tiene propiedades magnéticas. El imán atrae materiales como el hierro, mientras
los sólidos no magnéticos permanecen aparte. Es una técnica física útil
en laboratorio, minería, reciclaje e industria, siempre que exista diferencia
clara en la respuesta magnética.
Figura 8. [Separación por evaporación]. La evaporación
separa un sólido disuelto de un líquido mediante calentamiento.
El solvente pasa a vapor y el soluto queda como residuo
sólido. Se usa para recuperar sales, cristales o sólidos disueltos en
soluciones. Es común en laboratorio, industria y obtención de sal marina.
Figura 9. [La sedimentación]
separa un sólido suspendido de un líquido por diferencia de densidad
y acción de la gravedad. Al dejar la mezcla en reposo, las
partículas más densas forman el sedimento en el fondo, mientras arriba
queda el sobrenadante. Se usa en minería, tratamiento de aguas y antes
de la decantación.
Figura 10. [La
ultrafiltración] separa partículas por tamaño usando una membrana de
poros muy finos y presión. Las partículas pequeñas atraviesan la membrana y
forman el permeado, mientras las grandes quedan como retenido. Se
usa para purificar agua, concentrar sustancias y separar macromoléculas
o partículas suspendidas.
Figura 11. [La cromatografía] es
una técnica que separa componentes de una mezcla usando
una fase móvil y una fase estacionaria. Cada
componente interactúa de forma distinta con la fase estacionaria, desplazándose
a diferentes velocidades. Esto permite su separación, análisis y purificación en
mezclas complejas, siendo esencial en química, farmacéutica y ciencias
ambientales.
Figura 12. [La
destilación] separa sustancias según su diferente punto de ebullición.
Al calentar una mezcla, el componente más volátil se evapora primero, pasa al condensador,
se enfría y vuelve a líquido. Luego se recoge como destilado. Se usa
para purificar agua, separar solventes y realizar procesos industriales.
Figura 13. [La centrifugación]
separa componentes de una mezcla por diferencia de densidad
mediante giro rápido. Las partículas más densas bajan y forman el sedimento
o pellet, mientras la fase menos densa queda arriba como sobrenadante.
Se usa en química, biología, medicina e industria para acelerar
procesos de sedimentación.
Referencias bibliográficas
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Figura. Mezcla homogénea
El primer ejemplo mostrado corresponde a una mezcla homogénea sólida, representada por el latón, una aleación formada principalmente por cobre y zinc. En este material, los átomos de ambos metales se encuentran distribuidos de manera uniforme dentro de la estructura sólida, produciendo un material con propiedades diferentes a las de sus componentes puros. Los siguientes ejemplos corresponden a mezclas homogéneas líquidas. El agua con sal representa una solución en la que los iones procedentes de la sal se encuentran distribuidos uniformemente en el agua. De manera similar, el vinagre constituye una solución de ácido acético en agua, donde ambos componentes forman una sola fase líquida visible. En ninguno de estos casos es posible distinguir visualmente los componentes originales.
Finalmente, la imagen muestra una mezcla homogénea asociada a la presencia de un gas disuelto en un líquido, representada por el agua mineral con dióxido de carbono disuelto. Mientras el gas permanece disuelto, el sistema conserva una apariencia uniforme y constituye una única fase observable. La imagen enfatiza que las mezclas homogéneas pueden encontrarse en diferentes estados físicos, pero comparten la propiedad de presentar una composición uniforme y ausencia de fronteras visibles entre sus componentes. Estas mezclas son extremadamente comunes en la naturaleza, la industria y la vida cotidiana, apareciendo en materiales metálicos, alimentos, bebidas, medicamentos y numerosos productos químicos utilizados diariamente.
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