PROBLEMA MEDIOAMBIENTAL EN LABORATORIOS QU�MICOS:

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					Revista Pedagogía Universitaria                                         Vol. 8 No. 4 2003




PROBLEMA       MEDIOAMBIENTAL                             EN        LABORATORIOS
QUÍMICOS: trabajo para su solución

Dra. Beatriz Zumalacárregui de Cárdenas, Profesora Auxiliar
Dra. Diana Mondeja González, Profesora Titular
Ing. Iris Parra Rodríguez, Auxiliar Técnico de la Docencia

Departamento de Fundamentos Químicos y Biológicos. Facultad de Ingeniería
Química. Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría”

beatriz@quimica.cujae.edu.cu
diana@quimica.cujae.edu.cu
irisp@quimica.cujae.edu.cu



RESUMEN

En la Química que se enseña en la escuela secundaria y en el instituto preuniversitario se
trasmite que esta ciencia transforma a la naturaleza y esta transformación en algunos casos
resulta nociva.

Los químicos no han sabido dar a conocer de manera precisa lo que es la Química,
quedando ubicada con frecuencia como la culpable de muchos de los males que han traído
como consecuencia un medio ambiente lastimado.

Sin embargo con un conocimiento adecuado de esta ciencia se puede dar respuesta a las
preguntas: ¿Qué sustancias indeseables se encuentran en nuestro medio ambiente? ¿Cómo
se han formado? ¿Cuáles son los productos y procesos para reducirlas o eliminarlas?

Una de las vías que permite adquirir estos conocimientos es a través del trabajo en los
laboratorios.

El trabajo realizado en los laboratorios de la Disciplina Química posibilitó que los
estudiantes conocieran y clasificaran los reactivos químicos que se utilizan en las prácticas
de laboratorio, la afectación que producen al medio ambiente y a ellos mismos, el
almacenamiento adecuado y el tratamiento que se puede aplicar a los productos para
disminuir sus efectos contaminantes. Los resultados obtenidos en este trabajo se presentan
en esta ponencia.




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INTRODUCCIÓN

Los problemas del medio ambiente, la necesidad del desarrollo sostenible y ecológicamente
sustentable y la implementación de la educación ambiental en los procesos educativos han
pasado a ocupar el centro de las preocupaciones del mundo contemporáneo.

La forma irracional de la interacción entre el hombre y el medio ambiente genera los
llamados problemas ambientales. Con frecuencia sólo se concede importancia y
significación a aquellos fenómenos llamativos e impactantes: la lluvia ácida, el efecto
invernadero, ... , desconociendo acciones cotidianas negativas cuyo origen es la falta de una
consecuente educación ambiental.

La Educación Ambiental se define en la literatura de múltiples formas y comprende un gran
número de actividades. Sin embargo, a la hora de decidir su incorporación en los procesos
educativos, la atención debe centrarse en sus dos características fundamentales, la
interdisciplinariedad y la orientación hacia la solución de problemas.

El enfoque orientado hacia la solución de problemas concretos constituye un aspecto que,
por su importancia, ha sido destacado en reuniones internacionales y regionales sobre
educación ambiental llevadas a cabo desde hace más de 20 años.

“La educación centrada en la solución de problemas específicos ha llegado a ser de
especial interés para los profesionales, a fin de desarrollar sus conocimientos sobre medio
ambiente y potenciar las capacidades que les permitirán encontrar soluciones a los
problemas que suscita la gestión del medio”. Informe final, Conferencia de Tbilisi, 1977.

La educación ambiental debe desarrollar en los alumnos una capacidad de observación
crítica, de comprensión y de responsabilidad hacia el medio ambiente. Cada alumno
individualmente debe convertirse en un observador activo, un investigador que aporta ideas
y puntos de vista al grupo o colectivo, y que obtiene sus propias conclusiones de cómo
proteger al medio ambiente.

"La característica más importante de la educación ambiental consiste en que apunta a la
resolución de problemas concretos. Se trata de que individuos … perciban claramente los
problemas que coartan el bienestar individual y colectivo, diluciden sus causas y
determinen los medios que pueden resolverlos ", UNESCO, 1980.

El enfoque de la educación ambiental hacia la solución de problemas incrementa la
motivación de los estudiantes. Los profesores y los estudiantes aprecian en mayor medida
las complejidades de los problemas reales; se incentiva el trabajo en equipo, que es la forma
más común de enfrentar en la realidad los problemas del medio ambiente; se entiende con
mayor profundidad el papel de las disciplinas básicas, tal como la disciplina Química.

En la Química que se enseña en la enseñanza media y media superior se trasmite que esta
ciencia transforma a la naturaleza y esta transformación en algunos casos resulta nociva.




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Los químicos no han sabido dar a conocer de manera precisa lo que es la Química,
quedando ubicada con frecuencia como la culpable de muchos de los males que han traído
como consecuencia un medio ambiente lastimado.

Sin embargo con un conocimiento adecuado de esta ciencia se puede dar respuesta, entre
otras, a las preguntas: ¿Qué sustancias indeseables se encuentran en nuestro medio
ambiente? ¿Cómo se han formado? ¿Cuáles son los productos y procesos para reducirlas o
eliminarlas?

Si la educación ambiental se orienta hacia la solución de problemas, el contenido teórico
debe articularse con su posible aplicación, enfatizando no solamente en el desarrollo de
conocimientos y técnicas, sino también en una aplicación práctica que se realice en
entornos concretos, estableciéndose así una relación evidente entre conocimiento teórico y
conocimiento aplicado.

La incorporación del medio ambiente propio a cada disciplina le dará la relevancia que
actualmente se busca, haciéndola más real y pertinente y no fríamente académica,
especialmente si hay participación estudiantil en la solución de los problemas.

El Taller de Demostración Experimental es una estructura muy favorable para implicarse
con los demás en el análisis de los problemas ambientales y su solución. Si el problema
ambiental que se estudia está presente en el entorno docente del estudiante de ingeniería
química, como es por ejemplo un laboratorio de química, los estudiantes podrán conocer y
clasificar los productos químicos que se manejan en las prácticas de laboratorio, la
afectación que producen al medio ambiente y a sí mismos, el almacenamiento adecuado y
el tratamiento que se puede aplicar a los residuos para disminuir sus efectos contaminantes,
ya que su tratamiento y disposición correcta es responsabilidad del que los genera así sea en
pequeña o gran escala.

Por las razones antes expuestas, en el Departamento de Fundamentos Químicos y
Biológicos de la Facultad de Ingeniería Química del Instituto Superior Politécnico “José
Antonio Echeverría “ se organizó un Taller de Demostración Experimental con un Grupo
de Trabajo Científico Estudiantil de Educación Ambiental formado por estudiantes de
segundo año de la carrera de Ingeniería Química. Los resultados del Taller sirvieron de
base para la labor que se realiza en el departamento para vincular la Educación Ambiental
en las prácticas de laboratorio de la disciplina Química. Es necesario expresar que en la
carrera de Ingeniería Química en Cuba, la disciplina Química está estructurada en seis
asignaturas: Química General, Química Inorgánica, Química Orgánica, Química Analítica,
Química Física y Bioquímica, las que reciben los estudiantes en los tres primeros años de la
carrera.

DESARROLLO

Los productos químicos forman parte de la vida cotidiana. En el mundo hay de 5 a 7
millones de distintos productos químicos conocidos. Al año se producen, al menos, 400
millones de toneladas de productos químicos en el mundo, entre ellos, productos químicos
para la agricultura, aditivos de los alimentos, medicinas, combustibles para la producción


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de energía, productos químicos de consumo, etc. Sólo en América del Norte, se desarrollan
cada año por lo menos 1200 productos químicos nuevos.

La realidad es que se sabe poco o, incluso en ocasiones, muy poco acerca de las posibles
consecuencias inmediatas o a largo plazo de la inmensa mayoría de los productos químicos
que se utilizan, y de otros que se están desarrollando, en la salud de las personas que los
producen o los utilizan en el lugar de trabajo y que, a pesar de ello, continúan trabajando
con sustancias potencialmente tóxicas (venenosas o dañinas para las personas). En algunos
países, se pide a los trabajadores que utilicen - sin protección o con muy poca - productos
químicos que se sabe que son peligrosos para la salud humana.

Hoy en día, casi todos los trabajadores están expuestos a algún tipo de riesgo químico
porque se utilizan productos químicos en casi todos las ramas de la industria, desde la
minería al trabajo en oficinas, pasando por la soldadura, la mecánica y las fábricas, etc. De
hecho, los riesgos químicos constituyen el riesgo más grave para la salud de los
trabajadores en el mundo actual. La primera línea de defensa contra los productos químicos
es conocer lo más posible acerca de las sustancias con las que se trabaja y evitar exponerse
a ellas, por muy "seguras" que se piense que sean o por muy "seguras" que le hayan dicho a
uno que son.

La protección del medio ambiente y la necesidad del desarrollo sostenible y ecológicamente
sustentable se han convertido en factores importantes para el desarrollo de la ciencia y la
tecnología. La responsabilidad de velar porque la protección del medio ambiente se realice
en buena forma recae, en gran medida, en el personal técnico involucrado en el proceso.
Uno de los fines más importantes de la educación ambiental en la enseñanza de la
ingeniería es trasmitir a los estudiantes su responsabilidad en estos ámbitos y dirigir su
atención hacia las técnicas que son aplicables a su campo de actividad y a su nivel de
responsabilidad en particular.

Actualmente se han generado términos comunes como, por ejemplo, la “química verde”,
que supone que los procesos químicos traen consigo consecuencias negativas y por lo tanto
deben reemplazarse por otros que generen menor contaminación o que no sean
contaminantes. La idea de la química verde es ética y políticamente poderosa. Está
encaminada a su incorporación en el campo de la enseñanza, incidiendo directamente en los
laboratorios de investigación y en las aulas.

El empleo de fuentes de energía verde (como la energía solar), la eliminación del uso de
compuestos contaminantes, y la reutilización de los desechos de manera adecuada es
básicamente una de las estrategias que sugiere la química verde.

En la actualidad los asuntos ecológicos son parte de los modelos educativos de muchas
universidades debido a que estas instituciones son generadoras, aunque en menor escala, de
desechos y residuos peligrosos que incrementan el problema de la contaminación
ambiental.

Dentro de este contexto, en algunos países los educadores hacen partícipe a los estudiantes
del análisis riesgo / beneficio, en otros emplean el reciclaje de los componentes de los


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desechos, el tratamiento de los mismos y hasta la sustitución por reactivos menos
peligrosos.

Una de las estrategias empleadas en los laboratorios docentes de productos químicos
consiste en reducir los niveles de experimentación empleando las técnicas a nivel micro o a
escala semimicro que favorecen aspectos de la seguridad e higiene al mismo tiempo que
son económicas y adecuadas desde el punto de vista didáctico. El empleo de este tipo de
técnicas permite reducir las cantidades de productos empleados, disminuyendo el volumen
de reactivos a valores de 1 g para sólidos y 2 mL para líquidos, reducir la generación de
residuos, sustituir reactivos tóxicos por otros de menor toxicidad, sin menoscabo de la
calidad de los resultados experimentales, pero además, esta escala de trabajo posibilita
realizar en el laboratorio prácticas que simulen fenómenos medio ambientales.

Otro aspecto importante para los estudiantes y el personal técnico que trabaja en los
laboratorios es el conocimiento de cómo se almacenan los productos químicos. La
problemática del almacenamiento seguro de los productos químicos en los laboratorios,
puede circunscribirse a cubrir las necesidades de uso diario de un laboratorio, al de “stock”
de reserva del mismo, o bien, al de un almacén de reactivos más o menos centralizado para
el servicio a distintos laboratorios.

Tradicionalmente el almacenamiento de los productos químicos se ha realizado por orden
alfabético sin tener en cuenta la reactividad entre ellos y los riesgos existentes. De ahí que
para lograr una mejor forma de almacenaje, los reactivos se clasifican en grupos de acuerdo
con su reactividad y, para diferenciarlos entre sí, se utilizan etiquetas de diferentes colores.

La colocación de los productos, tanto en las estanterías como en las propias mesas de
trabajo, debe realizarse teniendo en cuenta la separación al máximo posible de los
productos previsiblemente incompatibles entre sí. Una serie de reacciones químicas
peligrosas puede producirse de forma imprevisible, fortuita o accidental, derivando diversos
tipos de accidentes, unos de tipo personal, y otros más trascendentes, por involucrarse en el
mismo productos químicos situados más o menos cerca del punto de origen del accidente.

Aunque en los laboratorios se trabaje en pequeña escala, y la cantidad de residuos
producidos sea muy poca, el número de residuos que se genera en los diferentes
laboratorios es elevado y con gran variedad, algunos de ellos peligrosos, lo que exige de un
conocimiento adecuado del tratamiento de dichos residuos. Es necesario tomar en cuenta
que la clasificación de los productos generados en un experimento dado (para reciclaje,
reuso y tratamiento de residuos) se realiza atendiendo a su naturaleza y a su toxicidad, así
como a que cada clase de sustancia presenta una reacción tipo que identifica su desecho.

Todos los residuos químicos producidos en los laboratorios, tienen como destino final su
recuperación, transformación o en última instancia el traslado a empresas especializadas y
expresamente autorizadas por la autoridad competente para su eliminación. Antes de
proceder al envío, en lo posible, los residuos obtenidos deben ser desactivados de su
condición de peligrosidad y correctamente acondicionados en recipientes preparados al
efecto.



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Estos recipientes de acumulación y transporte de residuos, serán del material y tamaño más
apropiados a las características del residuo a transportar. Deben tener un sistema de cierre
seguro y ser perfectamente identificables entre sí, rotulándolos de forma clara con el tipo de
sustancias contenidas.

Un aspecto de gran importancia a tomar en consideración en la actividad que se desarrolla
en los laboratorios de productos químicos es la seguridad como Sistema de Trabajo.

Como sistema de trabajo, la seguridad en laboratorios químicos, está tratada en multitud de
textos legales, manuales, separatas, materiales publicitarios y bibliografía en general. Sin
embargo todo ello carece de sentido si la actitud individual, primero y la colectiva de cada
laboratorio, después, no la asume como norma de conducta.

Es evidente que cada laboratorio de productos químicos está sometido a determinados
riesgos, unos de tipo general y otros específicos propios de la actividad desarrollada en los
mismos pero deberán tenerse en cuenta algunos elementos básicos válidos para cualquier
laboratorio si se quiere trabajar con seguridad.

Tomando en consideración los aspectos anteriormente tratados se concibió un Taller de
Demostración Experimental para que los estudiantes se apropiaran de un método de trabajo
seguro para su salud y el medio ambiente en la realización de las prácticas de laboratorio.

En un Taller de Demostración Experimental, el medio ambiente es el punto de partida,
apareciendo a lo largo de la realización del mismo como un elemento importante. Funciona
a partir de un proceso de aprendizaje, dándose la oportunidad a los estudiantes para que, en
el laboratorio, utilicen y manejen técnicas y tecnologías relacionadas con el medio
ambiente

En el taller, el educador tiene un papel importante: organiza, controla, aporta sus
conocimientos técnicos o tecnológicos; los estudiantes deben tener el deseo de aprender,
estar conscientes del progreso global, de los logros, de las lagunas o los retrasos que
presentan en el trabajo.

El estudiante y el grupo se ubican en situaciones de investigación individual o colectiva a
partir de un problema real bien definido y realizan el estudio basados en una secuencia de
experimentos, de observaciones, de mediciones y de resultados cuyo fin fundamental es la
comprensión profunda de un fenómeno, partiendo del análisis de los efectos de una acción,
por ejemplo una práctica de laboratorio, sobre el medio ambiente.

Para el desarrollo del taller se prevé la definición del contenido a aprender; la forma de
presentar la información; la preparación metodológica a desarrollar; la evaluación del
avance en el trabajo; la medición de los resultados que se vayan logrando; la acción a
realizar para lograr el aprendizaje del contenido y de los métodos de trabajo.

Ejemplo de Taller de Demostración Experimental




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“Estudio de productos químicos manipulados en las prácticas de laboratorio de Química
Orgánica, sus efectos contaminantes y los posibles tratamientos a aplicar para disminuir las
afectaciones a la salud y al medio ambiente”.


Hechos constatados

   Todo producto químico es un contaminante tóxico potencial.
   Los efectos que provocan los reactivos químicos tienen una incidencia nociva tanto en
    el entorno natural como en el ambiente laboral.
   Aquellos que trabajan con productos químicos necesitan conocer sus propiedades, los
    efectos que provocan y la forma de disminuir su incidencia nociva.

Hipótesis

El conocimiento de las propiedades de los Productos Químicos que se manipulan en las
prácticas de laboratorio de Química Orgánica, de sus efectos contaminantes y de los
posibles tratamientos a aplicar, permitirá trabajar en el laboratorio con condiciones seguras
para la salud y para el medio ambiente.

Naturaleza de la información a discutir

Para las prácticas de laboratorio de interés, los conocimientos y las técnicas tratan sobre:

   la identificación de los productos químicos de acuerdo a sus propiedades
   el almacenamiento según la incompatibilidad química y la peligrosidad de los productos
   las precauciones en la manipulación de los productos químicos
   la clasificación y tratamiento de los residuos químicos

Etapa I: Identificación de los reactivos según sus propiedades

Las etiquetas de los frascos de reactivos que se emplean en la práctica se utilizan de
diferentes colores, asignando un color a cada una de las propiedades siguientes:

     Tóxicos              etiqueta azul
     Inflamables         etiqueta roja
     Oxidantes           etiqueta amarilla
     Corrosivos          etiqueta blanca
     Sin problemas       etiqueta verde

Etapa II: Almacenamiento de los reactivos según su peligrosidad y su incompatibilidad
química

En el almacenamiento se tiene en cuenta que no deben colocarse juntos:




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   Explosivos con: ácidos fuertes, oxidantes fuertes, bases fuertes, aminas, material
    combustible
   Oxidantes con: derivados halogenados, compuestos halogenados, reductores,
    inflamables, ácidos fuertes, metales
   Ácidos con: oxidantes, bases fuertes, metales
   Bases y sales básicas con: ácidos, derivados halogenados, metales
   Metales activos con: agua, ácidos, derivados halogenados

Etapa III: Clasificación y tratamiento de residuos químicos

Los residuos se clasifican según su naturaleza y toxicidad en:

  desechos para reciclaje
  desechos para reuso
  desechos para ser tratados
Los métodos generales de tratamiento de los desechos son:

   A - Neutralización y arrastre
   B - Combustión y evaporación
   C - Neutralización y enterrado
   D - Disolventes

Etapa IV: Manipulación de productos químicos

Las precauciones a considerar en la manipulación de productos químicos en el laboratorio
serán:

   Uso permanente de gafas protectoras y de guantes
   En lo posible, manipular bajo vitrina de gases
   Atender llamas abiertas u otras fuentes de ignición
   No ingerir comidas ni bebidas en el laboratorio
   Disponer de los materiales, productos y preparados aconsejables en el
    botiquín del laboratorio

Etapa V: Elaboración y análisis del diagrama ecológico

Se elabora y se somete a análisis el diagrama ecológico de cada práctica de laboratorio.

Etapa VI: Conclusiones del Taller Experimental

En la sesión final de trabajo los estudiantes:

   Expusieron las características de los reactivos químicos utilizados en las prácticas de
    laboratorio de Química Orgánica, así como enfatizaron el daño que pueden ocasionar
    al hombre y al medio ambiente.
   Explicaron los diagramas ecológicos de las prácticas de laboratorio de la asignatura
    Química Orgánica, lo que orienta el tratamiento adecuado para cada residuo.


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   Fundamentaron como almacenar, en condiciones seguras, los productos químicos en el
    interior del laboratorio.
   Propusieron un Sistema de Trabajo en el Laboratorio basado en los resultados del
    Taller para evitar daños a la salud humana y ambiental.

A continuación se ilustra cada una de las etapas anteriormente descritas para una práctica
de laboratorio en particular.

Obtención de 1-Bromobutano

Etapa I: Identificación de los reactivos y productos según sus propiedades

     1-Butanol           etiqueta roja
     H2SO4               etiqueta blanca
     NaBr                etiqueta verde
     1-Bromobutano       etiqueta roja y azul

Etapa II: Almacenamiento de los reactivos según su peligrosidad y su incompatibilidad
química

Los reactivos químicos utilizados en esta práctica de laboratorio deben estar colocados en
estantes diferentes dadas sus propiedades.

Etapa III: Clasificación y tratamiento de residuos químicos (señalados  en el diagrama
ecológico)

1. HBr (g) que se disuelve en agua para ser reutilizado.

1. Disolución de NaBr. Se determina la concentración por valoración con AgNO3, pudiendo
emplearse en otras prácticas de laboratorio.

2. Residuos de NaBr, Na2SO4, H2SO4, H2O que deben ser neutralizados y enterrados.
Tratamiento C.

3. Aguas de lavado conteniendo sales y reactivos que no reaccionaron para verter sin
tratamiento.

4. Na2SO4 hidratado que se recristaliza y se seca para ser reutilizado.

5. Residuo de 1-Bromobutano con impurezas que debe ser incinerado. Tratamiento B.


Etapa IV: Manipulación de productos químicos

Se deben cumplir las siguientes indicaciones por las características de los productos
manejados


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   Manipulación bajo vitrina de gases
   Atención a llamas abiertas u otras fuentes de ignición
   No ingestión de comidas ni bebidas en el laboratorio (general)
   Disposición de los materiales, productos y preparados aconsejables en el botiquín del
    laboratorio (general)

Etapa V: Elaboración y análisis del diagrama ecológico

El diagrama ecológico de la obtención de 1-Bromobutano, que se muestra a continuación,
incorpora, entre otros, los aspectos antes señalados en la etapa III.

CONSIDERACIONES FINALES

El Taller de Demostración Experimental:

   Favoreció el trabajo individual y la investigación personal, llevando al estudiante a la
    reflexión sobre un hecho práctico.
   Propició la introducción al trabajo en grupo, con distribución de responsabilidades,
    tareas, organización de las etapas de trabajo y otras actividades.
   Funcionó a partir de un proceso de aprendizaje y no a partir de un sistema tradicional de
    enseñanza en forma de cursos.
   Los conocimientos que se adquieren en el Taller de Demostración Experimental
    desarrollan en los estudiantes una conciencia ecológica, que les permitirá cumplir, una
    vez graduados, la misión ambiental que requiere la sociedad presente y futura.
   La disciplina Química con la incorporación de los resultados del Taller prepara al
    estudiante, desde el punto de vista teórico y práctico, para protegerse a sí mismo en el
    laboratorio y cuidar el medio ambiente.
   La experiencia acumulada en el desarrollo de esta actividad permite recomendar su
    extensión a otras asignaturas de perfil químico por los resultados alcanzados en su
    implementación.




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                                               1-Butanol + H2S    4   + NaBr
                                                             O

                                                             1.   Mezclar y reflujar por 90min.
                                                             2.   Trampa con NaOH
                                                  Mezcla de reacción                     D1

                                                            1.Destilado
                                                            r


                                   Destilado                                   Residuo
                               1-Bromobutano                                     o
           1.Lavar con H2O,NaOH, H2O                                             D2
           2.Separar     .
           fases
                Orgánica                           Acuosa



     1-Bromobutano                             Aguas de lavado


                   1. Secar con Na2SO4                 D3
        Sólido     2. Decantar o       Filtrado
                   filtrar


                                       1-Bromobutano
   D4
                                                  1.Destilar y colectar
                                                  fracción entre 99-103ºC
                         Residuo                            Destilado




                                                            1-Bromobutano
                 Cola de destilación


                        D5




                    Diagrama ecológico. Obtención de 1-Bromobutano




                                                                                                                      18
Revista Pedagogía Universitaria                                        Vol. 8 No. 4 2003




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