body.skin-minerva .mw-parser-output table.infobox caption{text-align:center}



















































































































磷   15P





















































































































































.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_alkali{background-color:#ff6666}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_alkali_predicted{background-color:#ffa1a1}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_alkali_earth{background-color:#ffdead}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_alkali_earth_predicted{background-color:#ffecd3}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_lanthanide{background-color:#ffbfff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_actinide{background-color:#ff99cc}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_superactinides{background-color:#b5c8ff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_superactinides_predicted{background-color:#d1ddff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_eka_superactinide{background-color:#a0e032}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_eka_superactinide_predicted{background-color:#c6dd9d}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_transition{background-color:#ffc0c0}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_transition_predicted{background-color:#ffe2e2}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_post_transition{background-color:#cccccc}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_post_transition_predicted{background-color:#dfdfdf}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_metalloid{background-color:#cccc99}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_metalloid_predicted{background-color:#e2e2aa}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_diatomic{background-color:#e7ff8f}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_diatomic_predicted{background-color:#F3FFC7}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_polyatomic{background-color:#a1ffc3}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_polyatomic_predicted{background-color:#d0ffe1}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_reactive_nonmetal{background-color:#a0ffa0}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_reactive_nonmetal_predicted{background-color:#d3ffd3}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_halogen{background-color:#ffff99}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_halogen_predicted{background-color:#ffffd6}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_noble_gas{background-color:#c0ffff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_noble_gas_predicted{background-color:#ddffff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_supercritical_atom{background-color:#f4f4c6}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_supercritical_atom_predicted{background-color:#f4f4c6}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_no_electron{background-color:#d0d0d0}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_s_block{background-color:#ff6699}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_s_block_predicted{background-color:#FBD}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_p_block{background-color:#99ccff}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_p_block_predicted{background-color:#CEF}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_d_block{background-color:#ccff99}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_d_block_predicted{background-color:#DFC}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_ds_block{background-color:#90ffb0}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_ds_block_predicted{background-color:#C7FFD7}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_f_block{background-color:#66ffcc}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_f_block_predicted{background-color:#BFE}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_g_block{background-color:#ffcc66}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_g_block_predicted{background-color:#FDA}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_h_block{background-color:#F0908C}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_h_block_predicted{background-color:#F0B6B4}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_unknown{background-color:#e8e8e8}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_error_type{background-color:#000000}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_null{background-color:inherit}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_maybe_not_exist{background-color:white}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_none_type{background-color:#c0c0c0}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_gas{color:green}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_liquid{color:blue}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_solid{color:black;font-weight:bold}.mw-parser-output .Yuansuzhouqibiao_unknow_phase{color:grey}
氫(非金屬)



氦(惰性氣體)


鋰(鹼金屬)


鈹(鹼土金屬)



硼(類金屬)


碳(非金屬)


氮(非金屬)


氧(非金屬)


氟(鹵素)


氖(惰性氣體)


鈉(鹼金屬)


鎂(鹼土金屬)



鋁(貧金屬)


矽(類金屬)


磷(非金屬)


硫(非金屬)


氯(鹵素)


氬(惰性氣體)


鉀(鹼金屬)


鈣(鹼土金屬)



鈧(過渡金屬)


鈦(過渡金屬)


釩(過渡金屬)


鉻(過渡金屬)


錳(過渡金屬)


鐵(過渡金屬)


鈷(過渡金屬)


鎳(過渡金屬)


銅(過渡金屬)


鋅(過渡金屬)


鎵(貧金屬)


鍺(類金屬)


砷(類金屬)


硒(非金屬)


溴(鹵素)


氪(惰性氣體)


銣(鹼金屬)


鍶(鹼土金屬)




釔(過渡金屬)


鋯(過渡金屬)


鈮(過渡金屬)


鉬(過渡金屬)


鎝(過渡金屬)


釕(過渡金屬)


銠(過渡金屬)


鈀(過渡金屬)


銀(過渡金屬)


鎘(過渡金屬)


銦(貧金屬)


錫(貧金屬)


銻(類金屬)


碲(類金屬)


碘(鹵素)


氙(惰性氣體)


銫(鹼金屬)


鋇(鹼土金屬)


鑭(鑭系元素)


鈰(鑭系元素)


鐠(鑭系元素)


釹(鑭系元素)


鉕(鑭系元素)


釤(鑭系元素)


銪(鑭系元素)


釓(鑭系元素)


鋱(鑭系元素)


鏑(鑭系元素)


鈥(鑭系元素)


鉺(鑭系元素)


銩(鑭系元素)


鐿(鑭系元素)


鎦(鑭系元素)


鉿(過渡金屬)


鉭(過渡金屬)


鎢(過渡金屬)


錸(過渡金屬)


鋨(過渡金屬)


銥(過渡金屬)


鉑(過渡金屬)


金(過渡金屬)


汞(過渡金屬)


鉈(貧金屬)


鉛(貧金屬)


鉍(貧金屬)


釙(貧金屬)


砈(類金屬)


氡(惰性氣體)


鍅(鹼金屬)


鐳(鹼土金屬)


錒(錒系元素)


釷(錒系元素)


鏷(錒系元素)


鈾(錒系元素)


錼(錒系元素)


鈽(錒系元素)


鋂(錒系元素)


鋦(錒系元素)


鉳(錒系元素)


鉲(錒系元素)


鑀(錒系元素)


鐨(錒系元素)


鍆(錒系元素)


鍩(錒系元素)


鐒(錒系元素)


鑪(過渡金屬)


𨧀(過渡金屬)


𨭎(過渡金屬)


𨨏(過渡金屬)


𨭆(過渡金屬)


䥑(預測為過渡金屬)


鐽(預測為過渡金屬)


錀(預測為過渡金屬)


鎶(過渡金屬)


鉨(預測為貧金屬)


鈇(貧金屬)


鏌(預測為貧金屬)


鉝(預測為貧金屬)


Ts(預測為鹵素)


Og(預測為惰性氣體)









矽 ← → 硫


外觀

無色、蠟狀白、黃、深紅、紅、紫或黑

由左而右分別是:蠟狀白磷(黃色切面), 顆粒狀紅磷,塊狀紅磷、紫磷
概況
名稱·符號·序數

磷(phosphorus)·P·15
元素類別
非金屬

族·週期·區

15 ·3·p
標準原子質量
30.973762(2)
電子排布

[氖] 3s2 3p3
2, 8, 5


磷的电子層(2, 8, 5)

歷史
發現
亨尼格·布蘭德(1669年)
確認其為一元素者
安東萬·拉瓦節[1] (1777)
物理性質
物態
固態
密度
(接近室温)
(白磷) 1.823, (紅磷) ≈ 2.2 – 2.34, (紫磷) 2.36, (黑磷) 2.69 g·cm−3
熔點
(白磷) 44.2 °C, (黑磷) 610 °C
昇華點
(紅磷) ≈ 416 – 590  °C, (紫磷) 620 °C
沸點
(白磷) 280.5 °C
熔化熱
(白磷) 0.66 kJ·mol−1
汽化熱
(白磷) 12.4 kJ·mol−1
比熱容
(白磷)
23.824 J·mol−1·K−1

蒸氣壓((白磷))





















壓/Pa
1
10
100
1 k
10 k
100 k
溫/K
279
307
342
388
453
549

蒸氣壓((紅磷, 沸點 431 °C))



















壓(Pa)
1
10
100
1 k
10 k
100 k
溫(K)
455
489
529
576
635
704

原子性質
氧化態
5, 4, 3, 2[2], 1[3], −1, −2, −3
(弱酸性氧化物)
電負性
2.19(鲍林标度)
電離能

第一:1011.8 kJ·mol−1

第二:1907 kJ·mol−1

第三:2914.1 kJ·mol−1


(更多)
范德華半徑
180 pm
雜項
晶體結構
体心立方
磁序
(白,紅,紫,黑) 抗磁性[4]
熱導率
(白磷) 0.236, (黑磷) 12.1 W·m−1·K−1
體積模量
(白磷) 5, (紅磷) 11 GPa
CAS號 7723-14-0
最穩定同位素

主条目:磷的同位素




































同位素

丰度

半衰期 (t1/2)

衰變

方式

能量(MeV)

產物

31P
100%

穩定,帶16個中子

32P

syn
14.28 天

β
1.709

32S

33P

syn
25.3 天

β
0.249

33S


(拉丁語:Phosphorum,化学符号:P[5]是一种化学元素,它的原子序数是15。




目录






  • 1 性状


    • 1.1 单质磷的同素异構体




  • 2 化学性质


  • 3 发现


  • 4 名称由来


  • 5 分布


  • 6 制备


  • 7 同位素


  • 8 化合物


    • 8.1 含氧酸


    • 8.2 磷(V)化合物


      • 8.2.1 含氧化合物


      • 8.2.2 含硫化合物






  • 9 用途


  • 10 对人体的影响


  • 11 参考文献





性状


是一种易起化学反应的、有毒的氮族非金属元素。它的化学反应活性和毒性取决于形态不同而有所区别。


磷化氫燃烧的火叫鬼火。



单质磷的同素异構体




  • 黑磷(金属磷)

    • 化學結構類似石墨,因此可導電。

    • 化學式一般寫為P{displaystyle {ce {P}}}

    • 深黑色粉末




  • 白磷(黃磷)

    • 化學式:P4{displaystyle {{ce {P4}}}}

    • 淡黃蠟似半透明可結晶的固體,於黑暗中能發光。放置一段時間部份表面白磷會形成紅磷,使白磷變成淡黃色。不溶於水,但可溶於苯、乙醚,需保存於水中。有特臭,劇毒。比重1.83,熔點44.4,沸點287度。可作武器白磷彈,吸入人體會燃燒形成磷酸酐,造成呼吸道及肺部灼傷,磷酸酐溶於水形成磷酸,具強脫水性,使呼吸道及肺部脫水。

    • 在溫度35℃以上會在大氣中自燃,與氧氣産生P2O5{displaystyle {ce {P2O5}}} ,必須保存在水中。P2O5{displaystyle {ce {P2O5}}}當被吸入時會與肺裏水分形成磷酸並產生大量熱能使肺部灼傷。




  • 红磷(赤磷)

    • 化學結構為巨型共價分子。

    • 化學式一般寫為P{displaystyle {ce {P}}}

    • 鮮紅色粉末,無毒,比重2.296,熔點725度,是黃磷於壓力下稀有气体中加熱8-10日而成,白磷隔除空氣加熱至250度可得紅磷。




  • 紫磷

    • 化學結構為層狀,但與黑磷不同。

    • 化學式一般寫為P{displaystyle {ce {P}}}




化学性质




File:Spontaneous combustion of white phosphorus upon exposure to air.webm播放媒体

把白磷溶於二硫化碳,再把溶液灑在紙上。二硫化碳揮發後留下白磷,白磷在空氣中自燃,令紙張燒焦。


磷可以在空气中燃烧,生成大量十氧化四磷



白烟:


4P+5O2⟶2P2O5{displaystyle {ce {4P + 5O2 -> 2P2O5}}}


在有催化剂存在的情况下,白磷、红磷和水经过几步反应生成H3PO4、H2及很少量的H3PO3和PH3


P4+16H2O=4H3PO4+10H2{displaystyle {ce {P4 + 16H2O = 4H3PO4 + 10H2}}}[6]



发现


在化学史上第一个发现磷元素的人,当推十七世纪的一个德国汉堡商人波兰特(Henning Brand,约1630年~约1710年)。他是一个相信炼金术的人,由于他曾听传说从尿里可以制得“金属之王”黄金,于是抱着图谋发财的目的,便用尿作了大量实验。1669年,他在一次实验中,将砂、木炭、石灰等和尿混合,加热蒸馏,虽没有得到黄金,而竟意外地得到一种十分美丽的物质,它色白质软,能在黑暗的地方放出闪烁的亮光,于是波兰特给它取了个名字,叫“冷光”,这就是今日称之为白磷的物质。波兰特对制磷之法,起初极守秘密,不过,他发现这种新物质的消息立刻传遍了德国。


德国化学家孔克爾曾用尽种种方法想打听出这一秘密的制法,终于探知这种所谓发光的物质,是由尿里提取出来的,于是他也开始用尿做试验,经过苦心摸索,终于在1678年也告成功。他是把新鲜的尿蒸馏,待蒸到水分快干时,取出黑色残渣,放置在地窑里,使它腐烂,经过数日后,他将黑色残渣取出,与两倍于“尿渣”重的细砂混合。一起放置在曲颈瓶中,加热蒸馏,瓶颈则接连盛水的收容器。起初用微火加热,继用大火干馏,及至尿中的挥发性物质完全蒸发后,磷就在收容器中凝结成为白色蜡状的固体。后来,他为介绍磷,曾写过一本书,名叫《论奇异的磷质及其发光丸》。


在磷元素的发现上,英国化学家罗伯特·波义耳差不多与孔克尔同时,用与他相近的方法也制得了磷。波义耳的学生汉克维茨(Codfrey Hanckwitz)曾用这种方法在英国制得较大量的磷,作为商品运到欧洲其他国家出售。他在1733年曾发表论文,介绍制磷的方法,不过说得十分含糊,以后,又有人从动物骨质中发现了磷。



名称由来


由于单质磷在空气中会自燃或缓慢氧化而放热发光,因此磷的拉丁文名称Phosphorum来源于希腊文Φωσφόρος的拉丁化,原指“启明星”,意为“光亮”。


而在中文裡,磷的本字為粦,根據晋代《博物志》記載,「戰鬬死亡之處,有人馬血,積中爲粦,著地入艸木,如霜露不可見。有觸者,著人體後有光,拂拭即散無數,又有吒聲如鬻豆。舛者,人足也。言光行著人。」可見上部"米"字乃代表鬼火之"炎"字轉寫,下部"舛"字則指人足部。


“磷”字本与“粦”无关,如司馬相如在作賦時將其與"嶙"、"粼"混用,指光亮。南朝时期的字典《玉篇》中記載為雲母之意。本作为鬼火之源的"粦"後加石字偏旁以作為其元素性質之辨,指鬼火之源所含的元素。此與"磷"之原來諸義皆有所不同。



分布


磷在地壳中的含量为0.09%。磷不以单质存在,通常在磷酸盐中天然存在,尤其是磷灰石。磷也存在于生物体当中,是原生质的基本成分。



制备


磷的现代制法是将磷酸钙与砂(主要成分为二氧化硅)及焦炭一起放在电炉中加热。为使反应式易于理解,可写成两步如下:



  • Ca3(PO4)2+3SiO2⟶3CaSiO3+P2O5{displaystyle {ce {Ca3(PO4)2 + 3SiO2 -> 3CaSiO3 + P2O5}}}

  • P2O5+5C⟶2P+5CO{displaystyle {ce {P2O5 + 5C -> 2P + 5CO}}}



同位素



已发现磷的同位素共有13种,包括磷27至磷39,其中只有磷31是稳定的,其他同位素都带有放射性。



化合物



含氧酸


磷的含氧酸非常丰富,结构较为复杂,且大多具有商业价值。这些含氧酸都有和氧相连的氢原子,可以体现酸性,也有些有不体现酸性的直接连在磷上的氢原子。纵然许多磷的含氧酸已经被合成,但仅有以下几种是较常见的。其中的三种——次磷酸、亚磷酸和磷酸尤为重要。





























































































名称 化学式 磷的氧化数(化合价) 结构式 N元酸 化合物形态
次磷酸 H3PO2{displaystyle {ce {H3PO2}}} +1 Hypophosphorous-acid-2D.png 1 酸、盐
亚磷酸 H3PO3{displaystyle {ce {H3PO3}}} +3 Phosphonic-acid-2D-dimensions.png 2 酸、盐
偏亚磷酸 HPO2{displaystyle {ce {HPO2}}} +3 Metaphosphorous acid.jpg 1

原亚磷酸(与亚磷酸为互变异构体)
H3PO3{displaystyle {ce {H3PO3}}} +3 (ortho)phosphorous acid.jpg 3 酸、盐
连二磷酸 H4P2O6{displaystyle {ce {H4P2O6}}} +4 Hypophosphoric acid.jpg 4 酸、盐
n(聚)偏磷酸
(HPO2)n{displaystyle {ce {(HPO2)_{n}}}} +5
Trimetaphosphoric acids.jpgQuadrametaphosphoric acids.jpgHexametaphosphoric acids.jpg
n 盐(n=3、4、6)
磷酸(正磷酸) H3PO4{displaystyle {{ce {H3PO4}}}} +5
Phosphoric acid2.svg (n聚磷酸n=1时)
3 酸、盐
n(聚)磷酸 H(HPO3)nOH{displaystyle {ce {H(HPO3)_{n}OH}}} +5 Polyphosphoric acids.jpg n+2 酸、盐(n=1-6)
焦磷酸 H4P2O7{displaystyle {ce {H4P2O7}}} +5
Pyrophosphoric-acid-2D.png (n聚磷酸n=2时)
4 酸、盐
三磷酸 H5P3O10{displaystyle {ce {H5P3O10}}} +5
Triphosphorsäure.svg (n聚磷酸n=3时)
5


磷(V)化合物



含氧化合物


最常见的磷化合物是磷酸盐(PO43−{displaystyle {ce {PO4^3-}}}),它是一个呈四面体的阴离子。[7]其一个很重要的作用是用作化肥。磷酸根离子是(正)磷酸的共轭碱。磷酸是一个三元酸,所以它可以逐步转变为以下三种共轭碱:



H3PO4+H2O↽H3O++H2PO4−{displaystyle {ce {H3PO4 + H2O <=> H3O+ + {H2PO4}^{-}}}}       Ka1= 7.25×10−3


H2PO4−+H2O↽H3O++HPO42−{displaystyle {ce {{H2PO4}^{-}+ H2O <=> H3O+ + {HPO4}^{2-}}}}    Ka2= 6.31×10−8


HPO42−+H2O↽H3O++PO43−{displaystyle {ce {{HPO4}^{2-}+ H2O <=> {H3O}^{+}+ {PO4}^{3-}}}}      Ka3= 3.98×10−13

磷酸及其衍生物有聚合成链或环而形成P−O−P{displaystyle {ce {P-O-P}}}键的倾向。目前已知的聚磷酸衍生物已经有很多,比如ATP。它们通过磷酸氢盐(例如HPO42−{displaystyle {ce {{HPO4}^{2-}}}}H2PO42−{displaystyle {ce {{H2PO4}^{2-}}}})脱水得到。例如,下列缩合反应在工业上非常广泛地用于生产三磷酸钠(俗称五钠):


2Na2[(HO)PO3]+Na[(HO)2PO2]⟶Na5[O3P−O−P(O)2−O−PO3]+2H2O{displaystyle {ce {2Na2[(HO)PO3] + Na[(HO)2PO2] -> Na5[O3P-O-P(O)2-O-PO3] + 2H2O}}}

十氧化四磷(P4O10)是磷酸的酸酐。它是白色的固体,与水反应非常剧烈。


PCl5{displaystyle {ce {PCl5}}}PF5{displaystyle {ce {PF5}}}两种化合物具有共同点:它们都较不稳定,且都是白色或浅色的。PCl5{displaystyle {ce {PCl5}}}PF5{displaystyle {ce {PF5}}}的空间构型都是五角双锥,并且它们都是路易斯酸。后者可以形成PF6−{displaystyle {ce {{PF6}^{-}}}}离子,它和SF6{displaystyle {ce {SF6}}}互为等电子体。至于另外两种磷的卤化物PBr5{displaystyle {ce {PBr5}}}PI5{displaystyle {ce {PI5}}}都是极不稳定的。而磷最主要的卤氧化物是三氯氧磷(POCl3{displaystyle {{ce {POCl3}}}}),它的空间构型是四面体型的。


以往一直认为磷(V)化合物中磷的d轨道参与了杂化。然而经过计算机大量计算,事实并非如此:磷只用了s和p轨道杂化[8]。这可用分子轨道理论来解释。



含硫化合物


磷酸根中的氧可以被硫取代,如硫代磷酸。


多种硫化磷也是已知的。



用途


磷可用于安全火柴、烟花、燃烧弹和化肥,还可以保护金属表面免于腐蚀。


磷酸的用途也十分广泛。



对人体的影响


磷是骨骼和牙齿的构成材料之一。正常成年人骨中的含磷总量约为600~900克,人体每100毫升全血中含磷35-45毫克。磷能保持人体内代谢平衡,在调节能量代谢过程中发挥重要作用。它是生命物质核苷酸的基本成分。它参与体内的酸碱平衡的调节,参与体内脂肪的代谢。


磷缺乏可以出现低磷血症,引起红细胞、白细胞、血小板的异常,软骨病。磷过多将导致高磷血症,使血液中血钙降低导致骨质疏松。


短时间内摄取一定分量的白磷单质,可造成急性白磷中毒。



参考文献





  1. ^ cf. "Memoir on Combustion in General" Mémoires de l'Académie Royale des Sciences 1777, 592–600. from Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry 1400–1900 (New York: McGraw Hill, 1952)


  2. ^ webelements


  3. ^ Ellis, Bobby D.; MacDonald, Charles L. B. Phosphorus(I) Iodide: A Versatile Metathesis Reagent for the Synthesis of Low Oxidation State Phosphorus Compounds. Inorganic Chemistry. 2006, 45 (17): 6864–74. PMID 16903744. doi:10.1021/ic060186o. 


  4. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆的存檔,存档日期2012-01-12., in Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 


  5. ^ 夏征农、陈至立 (编). 《辞海》第六版彩图本. 上海: 上海辞书出版社. 2009年: 第3227页. ISBN 9787532628599. 


  6. ^ 无机化学丛书.第四卷.P195.张青莲 主编


  7. ^ D. E. C. Corbridge "Phosphorus: An Outline of its Chemistry, Biochemistry, and Technology" 5th Edition Elsevier:
    Amsterdam 1995. ISBN 978-0-444-89307-9.



  8. ^ Kutzelnigg, W. Chemical Bonding in Higher Main Group Elements (PDF). Angewandte Chemie Int. (English) Ed. 1984, 23 (4): 272–295. doi:10.1002/anie.198402721. 



















































































































































































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