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Profª M. a Viviane Viana Coelho Março 2017 MINERALOGIA ✓Propriedades Físicas dos Minerais Relembrando.... MINERALOGIA – ramo da Geologia que estuda a composição, a estrutura, a aparência, a estabilidade, os tipos de ocorrência e as associações de minerais. O que é um mineral ? “Mineral é um sólido homogêneo, de ocorrência natural, formado inorganicamente, de composição química definida e arranjo atômico ordenado.” (Berry & Mason 1959). São os constituintes básicos das rochas Relembrando.... SÓLIDO HOMOGÊNEO OCORRÊNCIA NATURAL INORGÂNICO COMPOSIÇÃO QUÍMICA DEFINIDA ARRANJO ATÔMICO ORDENADO Gases e líquidos (água, mercúrio) Cristais formados em laboratóriosX Pérola, carvão mineral, petróleo opalaX Fórmula química Olivina (Fe,Mg)2SiO4 X X PROPRIEDADES FÍSICAS As características físicas podem tornar muitos minerais importantes: ➢ minerais moles podem ser usados como lubrificantes (grafita); ➢minerais duros como abrasivos(diamante). Diamante Polimorfos de Carbono ➢mesma composição química ➢arranjos atômicos diferentes ➢diferentes propriedades físicas Grafita INSTRUMENTOS SIMPLES Porcelana CaniveteUnha/tato Martelo PROPRIEDADES FÍSICAS Imã Lupa Escala de dureza É possível a identificação rápida e prática de um mineral pelas propriedades físicas, como: ✓ Hábito ✓ Geminação ou macla ✓ Clivagem ✓ Fratura ✓ Tenacidade ✓ Dureza Propriedades físicas dos minerais ✓Densidade ✓Cor ✓Brilho ✓Traço ✓Diafaneidade ✓Magnetismo SISTEMAS CRISTALINOS Cúbico ou Isométrico Tetragonal Eixos Cristalográficos Ortorrômbico Hexagonal Trigonal (romboédrico) Triclínico Monoclínico Arranjo atômico cúbico em halita (NaCl) Cl- Na+ Cela unitária Cela unitária HÁBITO AGREGADO CRISTALINO Forma externa de um mineral (um indivíduo) Agrupamento de minerais (forma característica de uma aglomeração de cristais da mesma espécie) PROPRIEDADES FÍSICAS TIPOS DE HÁBITO CÚBICO Fluorita OCTAÉDRICO Galena Diamante Magnetita BIPIRAMIDAL Zircão Anatásio DODECAÉDRICO Granada Pirita LeucitaRombododecaédrico Pentadodecaedro (piritoédrico) Trapezoédrico ROMBOÉDRICO MagnesitaCalcita TABULAR PRISMÁTICO LAMINADO ACICULAR Aragonita Quartzo Rutilado CAPILAR Serpentina Serpentina Tremolita MACIÇO OU COMPACTO Caolinita Calcedônia GRANULAR Cromita Cristais distinguíveis somente ao microscópio Grãos equidimensionais, sem faces cristalinas. RETICULADO Cerussita Cristais aciculares formando um retículo AGREGADOS CRISTALINOS DRÚSICO Cristais bem formados que revestem uma superfície Quartzo (Ametista) Geodo DENDRÍTICO Semelhante a galhos ou folhas de plantas. Ouro Nativo (Au) Óxido de Manganês ESTALACTÍTICO Cone ou cilindro pendente do teto de cavernas. CORALOIDAL Aragonita Aragonita Agregado estalactítico Recurvado e retorcido semelhante a coral. COLOFORMES Globular ou esferulítico Calcita Botrioidal Goethita CONCÊNTRICO Camadas mais ou menos circulares de cor e/ou textura diferente Ágata Malaquita FIBROSO Gipsita Serpentina Agregado de cristais capilares ou aciculares. RADIAL Wavellita Goethita Cristais irradiam de um centro MICÁCEO, LAMELAR OU FOLIÁCEO Agregados folhas ou placas delgadas DUREZA RELATIVA (D) RESISTÊNCIA AO RISCO. É função da rigidez das ligações entre as partículas de construção dos cristais. D=2,5 D=5,5 D=6,5 1. Talco 2. Gipsita 3. Calcita 4. Fluorita 5. Apatita 6. Ortoclásio 7. Quartzo 8. Topázio 9. Coríndon 10.Diamante Escala Mohs Dureza Dureza (D) Avaliação da Dureza O grau de dureza é determinado pela comparação da facilidade ou dificuldade que a superfície de um mineral oferece ao ser riscado por outro ou por um material de dureza conhecida. Escala de Mohs (Minerais Anedrais) ESCALA DE MOHS Dureza (D) 1)Talco 2) Gipsita 3) Calcita 4) Fluorita 5) Apatita 6) Ortoclásio 7) Quartzo 8) Topázio 9) Coríndon 10) Diamante Fórmula mnemônica: Tia Geovana Caso Fores A Olinda, Queira Trazer Coisas Doces. TALCO (D=1) Mg3Si4O10(OH)2 Dureza (D) Elaboração de cosméticos, tintas e cobertura de papel quanto em aplicações mais simples, como fundente na indústria cerâmica ou mesmo carga inerte na fabricação de tintas, borracha, inseticidas, fertilizantes, papel etc. GIPSITA (D=2) CaSO4·2H2O Dureza (D) A gipsita pode ser utilizada na forma natural ou calcinada. A forma natural é bastante usada na agricultura e na indústria de cimento. Enquanto a forma calcinada, conhecida como gesso, encontra várias utilizações na construção civil, como material ortopédico ou dental etc. CALCITA (D=3) CaCO3 Dureza (D) Nas atividades diárias é comum o uso de produtos contendo carbonato de cálcio nas mais variadas aplicações, tais como: • desde os materiais de construção civil à produção de alimentos; • da purificação do ar ao tratamento de esgotos; • do refino do açúcar à pasta de dentes; • da fabricação de vidros e aço à fabricação de papéis, plásticos, tintas, cerâmica e tantos outros. FLUORITA (D=4) CaF2 Dureza (D) Fonte do elemento flúor, para obtenção de ácido fluorídrico (HF), matéria-prima para a obtenção de diversos produtos químicos, designados de “fluoroquímicos. Polimento de alumínio; como agente para opacificar vidros e também como agente auxiliar de limpeza na produção de óleo. Além dessas aplicações, cerâmicos, fundentes, na galvanoplastia, entre outros. APATITA (D=5) Ca5(PO4)3(OH -,Cl-,F-) Dureza (D) Fabricação de fertilizantes, ração animal, ácido fosfórico, detergentes, inseticidas e até gemas. ORTOCLÁSIO (D=6) KAlSi3O8 Dureza (D) As indústrias de cerâmica e vidro representam os principais campos de aplicação do feldspato. Usa-se também o feldspato na indústrias de tinta, plástico e borracha. QUARTZO (D=7) SiO2 Dureza (D) Areia para moldes de fundição, fabricação de vidro, esmalte, saponáceos, dentifrícios, abrasivos, lixas, fibras óticas, refratários, cerâmica, produtos eletrônicos, relógios, indústria de ornamentos; fabricação de instrumentos óticos, de vasilhas químicas, refratários etc. É muito utilizado também na construção civil como areia e na confecção de jóias baratas, em objetos ornamentais e enfeites, na confecção de cinzeiros, colares, pulseiras, pequenas esculturas etc. TOPÁZIO (D=8) Al2SiO4(OH-,F-)2 Dureza (D) Gema e indústria de refratários. CORÍNDON (D=9) Al2O3 Dureza (D) Jóias: rubi (vermelho vivo), safira (azul). O coríndon não utilizável em joalheria é usado como abrasivo, em ferramentas cortantes e também como material refratário, em virtude do elevado ponto de fusão. DIAMANTE (D=10) C Dureza (D) Gema na joalheria, ferramentas de corte, brocas, abrasivos, serras diamantadas, fios diamantados, "canetas" para cortar vidro. Alguns minerais são economicamente importantes por causa da dureza. ➢ Exemplo ➢ Grafita: baixíssima dureza (1) => ampla utilização comercial na forma do grafite de lápis, além de ser utilizada como lubrificante. ➢ Diamante: extremo superior da escala de dureza (10) => ampla utilização técnica como abrasivo. Dureza (D) Importância da Dureza Exemplo: Para um piso sobre o qual circula grande número de pessoas (estabelecimentos comerciais, metrôs), é adequado usar granito e não mármore. O mármore composto essencialmente por calcita, que tem dureza relativa 3, seria riscado facilmente pela areia sob os sapatos, enquanto o granito, constituído predominantemente por minerais mais duros como quartzo (dureza 7) e feldspato (dureza 6) seria mais resistente. Dureza (D) MOLIBDENITA (D=1-1,5) MoS2 Dureza (D) - Minerais com dureza igual a 1 são untuosos ao tato. Exemplos: talco (D=1), grafita (D=1), molibdenita (D=1-1,5). Importante mineral de minério de molibdênio, utilizado como lubrificante, fertilizante, entre outros. Minerais com dureza até 2 são riscados pela unha. Exemplos: gipsita (D=2), halita (D=2), moscovita (D=2-2,5HALITA (D=2) NaCl Dureza (D) Minerais com dureza até 5 são riscados pelo canivete. Exemplos: dolomita (D=3,5-4), barita (D=3-3,5), esfalerita (D=3,5-4). DOLOMITA (D=3,5-4) CaMg(CO3)2 Dureza (D) Minerais com dureza até 5 são riscados pelo canivete. Exemplos: dolomita (D=3,5-4), barita (D=3-3,5), esfalerita (D=3,5-4). BARITA (D=3,0-3,5) BaSO4 Dureza (D) Obtenção de hidróxido de bário, o qual é usado em pigmentos, fabricação de papéis, refinação de açúcar. ESMERALDA [BERILO - (D=7,5-8)] Dureza (D) ÁGUA MARINHA [BERILO - (D=7,5-8)] Dureza (D) TURMALINA (D=7-7,5) Na(Mg,Fe,Li,Mn,Al)3Al6(BO3)3Si6.O18(OH,F)4 Dureza (D) => Muitos dos minerais de alta dureza são gemológicos => DUREZA ELEVADA É UM DOS REQUISITOS DA MAIORIA DAS GEMAS. Dureza (D) A dureza é uma propriedade física vetorial, isto é, varia com a direção na qual é medida => as forças de ligação na estrutura cristalina possuem diferentes intensidades em diferentes direções. Essas variações são normalmente imperceptíveis nos testes com a escala de Mohs. Exceção: Cianita (Al2SiO5) Dureza (D) D=4-5 D=6-7 A dureza é uma propriedade física vetorial O diamante seria difícil de lapidar se não apresentasse anisotropia de dureza, pois não há mineral e nem material industrial de dureza superior à dele. Mas, como o diamante possui dureza mais elevada em certos planos cristalográficos do que em outros, pode ser lapidado utilizando-se abrasivo composto pelo próprio diamante. Dureza (D) Cuidados na determinação da dureza 1) A dureza deve ser medida sobre uma superfície fresca e inalterada; 2) A superfície deve ser relativamente lisa; 3) Não se confunde risco (sulco ou ranhura que o mineral mais duro deixa no mais macio) com traço (linha de pó que o mineral mais macio deixa no mais duro). 4) Minerais de mesma dureza podem se riscar mutuamente. Dureza (D) Definição de PESO ESPECÍFICO: Relação entre o seu peso e o seu volume, podendo ser expresso em g/cm3. A relação entre o peso específico de um mineral e o peso específico da água a 4oC é chamada de DENSIDADE RELATIVA, d, sendo expressa por um número puro. Assim, se um mineral possui densidade 4, isso significa que o seu peso é 4x maior do que o da água a 4oC. Densidade Relativa / Peso Específico d = peso do mineral/peso de igual volume de água A densidade é uma das propriedades físicas mais importantes para a identificação de um mineral, dependendo essencialmente de: Arranjo estrutural dos átomos A influência da estrutura cristalina do mineral na sua densidade pode ser bem observada nos polimorfos => Quanto mais compacta for a estrutura, maior será a densidade. Ex: Densidade Relativa / Peso Específico ARRANJO CRISTALINO Polimorfos de carbono Grafita (sistema hexagonal) d=2,2 Diamante (sistema cúbico) d= 3,5 Peso atômico dos átomos que compõem o mineral Nos compostos com estruturas cristalinas semelhantes, têm densidade maior os minerais constituídos de átomos mais pesados. Densidade Relativa / Peso Específico Mineral Peso atômico do cátion Densidade Aragonita CaCO3 Ca = 40,08 2,95 Estroncianita SrCO3 Sr = 87,63 3,70 Witherita BaCO3 Ba = 137, 36 4,25 Cerussita PbCO3 Pb = 207,21 6,55 Variação da densidade dos carbonatos do sistema ortorrômbico em função do peso atômico do cátion. Peso atômico dos átomos que compõem o mineral Exemplos: A olivina é uma solução sólida entre forsterita (Mg2SiO4, d = 3,22) e faialita (Fe2SiO4, d = 4,41). Uma olivina composta por teores iguais de Mg e Fe (50% do componente Mg2SiO4 e 50% do componente Fe2SiO4) tem uma densidade igual a 3,81 intermediária entre a da forsterita e a da faialita => Conhecendo- se a densidade de uma amostra de olivina, pode-se saber qual é a sua composição química. Densidade Relativa / Peso Específico Raio dos elementos constituintes Quanto menor for o raio iônico dos elementos químicos => mais compacto o empacotamento estrutural => maior a densidade. Exemplo: Silvita (KCl): raio atômico do K = 1,33; peso atômico do K = 39, densidade =1,98; Halita (NaCl): raio atômico do Na = 0,98; peso atômico do Na = 23, densidade = 2,17. Densidade Relativa / Peso Específico RAIO ATÔMICO Silvita (KCl) R.A=1,33 d=1,98 Halita (NaCl) R.A = 0,98 d=2,17 Densidade de alguns minerais • A densidade pode ser estimada na mão, por comparação com o peso de uma amostra de mineral conhecido. • Em termos qualitativos, pode-se classificar a densidade como baixa, média ou alta. Densidade Relativa / Peso Específico Densidade de alguns minerais Densidade Relativa / Peso Específico Minerais de brilho não-metálico Minerais de brilho metálico Densidade baixa (<2,2) Densidade baixa (<3) Enxofre 2,07 Grafita 2,09 - 2,23 Halita 2,17 Densidade média (~ 2,7) Densidade média (~ 5) Quartzo 2,65 Pirita 5,01 Feldspatos 2,56 - 2,75 Magnetita 5,2 Calcita 2,71 Densidade alta (>3,5) Densidade alta (>7) Topázio 3,49 - 3,57 Galena 7,6 Barita 4,5 Columbita - Tantalita 7,9 Cassiterita 7,0 Prata 10,5 Cinábrio 8,09 Ouro 19,3 Minerais de brilho metálico têm, em média, densidade maior do que a dos de brilho não-metálico => mineral metálico de densidade 5 é considerado como de densidade média, mas, tratando-se de mineral não- metálico, esse valor é típico dos minerais de alta densidade. Definição de TENACIDADE: modo como um mineral se comporta sob a ação de esforços mecânicos => depende da natureza das forças de coesão entre os átomos. Tenacidade TENACIDADE Esforço mecânico Quebradiço: calcita, quartzo; Séctil: Ouro, prata; Maleável: Ouro, prata, cobre; Dúctil: Ouro, prata, cobre; Flexível: clorita Elástico: micas; asbestos Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 1) Quebradiço (frágil): mineral que se pulveriza ao choque mecânico. -Exemplos: calcita, quartzo, esfalerita, enxofre nativo. O diamante, embora seja muito duro (D=10), é relativamente frágil, isto é, se parte facilmente quando submetido a impacto. Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 2) Séctil: mineral que pode ser cortado em aparas delgadas com uma faca. -Exemplos: bismuto; ouro; prata; cobre nativos; calcocita. Tenacidade BISMUTO NATIVO Tenacidade CALCOCITA Cu2S Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 4) Maleável: mineral séctil que permite ser transformado em lâminas muito delgados por percussão com auxílio de um martelo. -Exemplos: ouro, prata, cobre e platina nativos. Obs.: nem todo mineral séctil é maleável, como por exemplo bismuto nativo, gipsita e calcocita. Tenacidade PLATINA NATIVA Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 5) Dúctil: mineral que pode ser transformado em fios. -Exemplos: ouro, prata, cobre e platina nativos. OBS.: A ampla utilização do cobre em fios elétricos deve-se a sua ductilidade. Tenacidade COBRE Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 6) Flexível: mineral cujas placas ou fibras podem ser encurvadas, permanecendo assim quando cessa o esforço. - Exemplos: talco, clorita, molibdenita. Tenacidade CLORITA (Mg,Al,Fe)12(Si, Al)8O20(OH)16 Tenacidade TIPOS DE TENACIDADE 7) Elástico: mineral cujas placas ou fibras podem ser encurvadas, retornando à posição original quando cessa o esforço. -Exemplos: micas, serpentinas fibrosas (asbesto). Tenacidade SERPENTINA (Mg,Fe)3Si2O5(OH)4 Tenacidade Clivagem Fratura Clivagem Muitos minerais se quebram em fragmentos limitados por superfícies planas. Exemplo: um cristal de calcita, submetido a um impacto com um martelo, se fragmenta em inúmeros romboedros de clivagem, os quais, ao serem quebrados geram romboedros ainda menores. Clivagem Diversos minerais não possuem clivagem, tal como o quartzo, granadas, turmalinas. Mas, se determinado mineral apresenta essa propriedade, todos os cristais daquela mesma espécie mineral exibirão a mesma clivagem. Clivagem IMPORTÂNCIA DA CLIVAGEM -Propriedade diagnóstica dos minerais, especialmente quando são observados ao microscópio. -Exemplo: Os piroxênios e os anfibólios são gruposde minerais que podem ser separados de acordo com o ângulo entre as direções de clivagem prismática: Anfibólios: 56° ou 124° Piroxênios 87° ou 93° Clivagem A clivagem é reflexo da estrutura interna, ocorrendo paralelamente a planos atômicos entre os quais há menor resistência. Ligações fracas TIPOS DE CLIVAGEM 1) Quanto à qualidade (ou perfeição): Excelente: micas, talco, calcita, galena. Boa: anfibólios, piroxênios, fluorita. Imperfeita: apatita, berilo. Muito perfeita, perfeita, boa, distinta, indistinta e ausente. Clivagem TIPOS DE CLIVAGEM 2) Quanto à direção: Cúbica: 3 direções de clivagem perpendiculares entre si: galena, halita. Octaédrica: 4 direções de clivagem: fluorita, diamante. Dodecaédrica: 6 direções de clivagem: esfalerita. Romboédrica: 3 direções de clivagem não- ortogonais: calcita, dolomita. Clivagem TIPOS DE CLIVAGEM 2) Quanto à direção: Prismática: 2 direções de clivagem: anfibólios, piroxênios. Pinacoidal: 1 direção de clivagem: micas, cloritas, topázio, talco. Em função da orientação cristalográfica, pode ser denominada pinacoidal basal, lateral ou frontal. Clivagem Exemplos de tipos de clivagem. Moscovita Clivagem perfeita em uma direção: pinacoidal basal Feldspato Clivagem pinacoidal basal perfeita Clivagem pinacoidal lateral boa Halita Clivagem perfeita em 3 direções: cúbica Fluorita Clivagem perfeita em 4 direções: octaédrica Calcita Clivagem perfeita em 3 direções: romboédrica Clivagem ausente no quartzo Definição de PARTIÇÃO: ruptura do mineral ao longo de superfícies de menor resistência relativamente planas, desenvolvidas ocasionalmente por deformação, por geminação ou presença de inclusões paralelas a essas superfícies. Também é chamada de pseudoclivagem. Partição Definição de FRATURA: ocorre quando o mineral se parte em superfícies que não são de clivagem nem de partição. - A maioria dos minerais possui fratura irregular. - Fratura conchoidal: superfícies lisas e côncavas como o interior de uma concha. Exemplo: quartzo, opala e calcedônia. - Existem também as fraturas denteada/serrilhada (ouro, prata, cobre), fratura fibrosa/estilhaçada (anfibólios). Fratura Quartzo com fratura conchoidal Definição de COR: aparência decorrente do modo como uma substância absorve ou reflete a luz. Uma das primeiras propriedades observadas na amostra de um mineral é a cor, sendo que, na maioria das gemas, é a característica mais importante. Cor dos minerais A cor deve ser observada em luz natural (luz do sol), porque muitos minerais têm cor diferente quando vistos com luz artificial. Cor dos minerais A variedade gemológica do crisoberilo, denominada alexandrita, com luz natural é verde e com luz artificial incandescente torna-se vermelha. Essa mudança de cor, em função do tipo de luz, é denominado efeito alexandrita. Se praticamente toda luz que penetrou no mineral o atravessa, ele é incolor (hialino), como a variedade cristal de rocha do quartzo. Se a absorção é total ou quase total, a coloração será negra, como na variedade de quartzo morion. Cor dos minerais IDIOCROMÁTICO – Cor verdadeira. Ex: malaquita, azurita; pirita; hematita ALOCROMÁTICO – Cor não própria (impurezas, defeitos eletrônicos e estruturais). Ex: quartzo, esmeralda. PSEUDOCROMÁTICO – Cor falsa. Efeito óptico. Ex: Opala preciosa (difração da luz); hematita iridescente (interferência da luz). Propriedades relacionadas à luz COR Malaquita Esmeralda Opala Minerais idiocromáticos Cor dos minerais O manganês é responsável pela cor rosada da rodonita (MnSiO3). Minerais idiocromáticos Cor dos minerais O manganês é responsável pela cor rosada da rodocrosita (MnCO3). Minerais idiocromáticos Cor dos minerais O cobre é responsável pela cor verde da malaquita [Cu2CO3(OH)2]. Cor dos minerais Minerais idiocromáticos O cobre é responsável pela cor azul da azurita [Cu3(CO3)2(OH) 2] Minerais alocromáticos: Exemplo: berilo (Be3Al2Si6O18): variedade esmeralda deve a cor verde à presença de íons Cr3+ ou V3+, substituindo o Al3+, variedade água marinha deve a cor azul à presença de traços de Fe2+. Cor dos minerais Esmeralda Água marinha Minerais pseudocromáticos: São minerais que apresentam colorações complexas, de certo modo falsas, causadas por efeitos ópticos, como a dispersão, refração ou interferência da luz branca. Exemplo: o mineral opala, em sua variedade gemológica, exibe um jogo de cores bem vivas quando observado sob a luz do sol. Cor dos minerais JOGO DE CORES: Um mineral apresenta jogo de cores quando ao girá-lo se vêem várias cores espectrais em rápida sucessão, quando colocado em várias posições em relação a uma fonte de luz. Ex: diamante, opala preciosa. Jogo de cores da Opala Efeitos Ópticos IRIDESCÊNCIA: É quando um mineral exibe uma série de cores espectrais. Superfície: devido à presença de uma película ou revestimento superficial delgado produzido por oxidação ou alteração do próprio mineral. Ex: bornita (Cu5FeS4), calcopirita (CuFeS2), etc. Ex: Hematita Efeitos Ópticos IRIDESCÊNCIA: É quando um mineral exibe uma série de cores espectrais. Interior: devido a fraturas ou planos de clivagem. Exs.: quartzo e topázio. Efeitos Ópticos IRIDESCÊNCIA: É quando um mineral exibe uma série de cores espectrais. Interior: devido a fraturas ou planos de clivagem. Exs.: quartzo e topázio. Efeitos Ópticos PÁTINA OU EMBAÇAMENTO : A cor de reflexão na superfície do mineral (geralmente de brilho metálico) é diferente da cor do seu interior. É devido a oxidação do mineral quando exposto ao ar e pode ser observado em minerais de cobre como: calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) e calcocita (Cu2S) e sulfetos como: pirrotita (FeS), etc. BORNITA Efeitos Ópticos Bibliografia: (1)Jordt-Evangelista H (2002). Mineralogia Conceitos Básicos. Edição: 1ª edição 2002, Ouro Preto. Editora: UFOP. Páginas pesquisadas: 1 a 3. (2)Klein & Dutrow (2012). Manual de Ciências dos Minerais. 23°Edição. Editora Bookman. Porto Alegre. Página pesquisada: 28. (3)Press F, Siever R.,Grotzinger J. & Jordan T. H. (2006). Para Entender a Terra. 4° Edição. Editora Bookman. Porto Alegre. Página pesquisada:103. (4) Decifrando a Terra.
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