Exposicion Gases Ideales y Combustion2

5/24/2018 Exposicion Gases Ideales y Combustion2

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GASES IDEALES Y

REACCIONES DECOMBUSTION

CARLOS ANDRES PERDOMO LOZADA

RAMATIS HEGEL HURTADO GARCIA


2/63

GASES IDEALES


3/63

TEMAS A TRATAR:

GAS

VARIABLES DE UN GAS

CARACTERISTICAS DE UN GAS IDEAL

TEORIA CINETICA DE LOS GASES IDEALES LEY DE BOYLE-M ARIOTTE

LEY DE CHARLES

LEY DE GAY LUSSAC

LEY DE AVOGADRO

LEY GENERAL DE LOS GASES

LEY DE LOS GASES IDEALES

CONDICIONES NORMALES

LEY DE DALTON

FORMAS ALTERNATIVAS

OTRAS LEYES (Amagat, Joule y Graham)

IMPORTANCIA DE LOS GASES IDEALES


4/63

GAS

Un gas es una sustancia cuyas

molculas estn en constantemovimiento, carece de forma y

adopta la del recipiente que lo

contiene debido a que la fuerza entre

los tomos y las molculas apenastienen un efecto apreciable y estos

se mueven con libertad entre s.


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VARIABLES DE UN GAS

La temperatura es un propiedad fsica de los gases. A

temperaturas altas sus molculas se mueven ms rpido.La temperatura se debe expresar en Kelvin K = C +

273.


6/63


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En fsica llamamos presin a una fuerza que se ejerce

sobre una superficie.

Segn la teora cintica la presin de un gas estrelacionada con el nmero de choques por unidad de

tiempo de las molculas del gas contra las paredes del

recipiente.

Cuando la presin aumenta quiere decir que el nmerode choques por unidad de tiempo es mayor.


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Existen distintas unidades para medir presin como:

atmsferas (atm), milmetros de mercurio (mmHg), pascal

(Pa), kilo pascal (Kpa), bar, Torriceli (Torr).


9/63

El Volumen (V) es el espacio ocupado por un gas.

El gas es compresible y su volumen estar determinadopor el espacio ocupado. Si un gas se comprime, su

presin y volumen se modificarn de acuerdo a las

leyes de los gases.


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Su unidad es el mol. Un mol es la cantidad de sustanciaque contiene tantos tomos o molculas como hay

precisamente en 12 g. de Carbono 12, o bien un mol es

aquel numero de gramos de una sustancia numricamente

igual a la masa molecular de la sustancia.


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GASES

PRESION (P) TEMPERATURA

(T)

VOLUMEN

(L)

CANTIDAD

DE MOLES(n)

o La relacin entre temperatura, presin, volumen y la

cantidad de gas expresado en moles, se las conoce

como LEYES DE LOS GASES estas se basan en

cuatro variables para definir la condicin fsica o

estado del gas tales son:

temperatura, presin, volumen y cantidad de gas

expresado en moles


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CARACTERISTICAS DEL GAS IDEAL

Se considera que un gas ideal presenta las siguientes

caractersticas:

Obedece a la teora cintica de los gases ideales.

-Obedece a las leyes de los gases ideales: boyle-mariotte,

gay-lussac, charles, Avogadro, la ecuacin general de losgases, la le ley del gas ideal, ley de Dalton, entre otras

leyes.


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TEORIA CINETICA DE LOS GASES

(POSTULADOS)

Los gases estn formados por partculas separadas enormemente encomparacin a su tamao. El volumen de las partculas del gas esdespreciable frente al volumen del recipiente.

Las partculas estn en movimiento continuo y desordenadochocando entre s y con las paredes del recipiente, lo cual produce lapresin.

Los choques son perfectamente elsticos, es decir, en ellos no sepierde energa (cintica).

La energa cintica media es directamente proporcional a latemperatura.

No hay fuerza de atraccin entre las molculas, son independientesunas de otras.

El gas es considerado puro. Es decir todas las molculas sonidnticas.


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Gas ideal. Se define como gas ideal, aquel

donde todas las colisiones entretomos o molculas son

perfectamente elsticas, y en el queno hay fuerzas atractivasintermoleculares. Se puede visualizar

como una coleccin de esferasperfectamente rgidas que chocanunas con otras pero sin interaccinentre ellas. En tales gases toda laenerga interna est en forma de

energa cintica y cualquier cambioen la energa interna va acompaadode un cambio en la temperatura.
http://images.google.co.ve/imgres?imgurl=http://3.bp.blogspot.com/_XQGHO3NX90Y/RdV-DkxFryI/AAAAAAAAAE0/wEcf4wgZ7z0/s320/teor%C3%ADa+at%C3%B3mica+dalton.jpg&imgrefurl=http://siberiamalvinas.blogspot.com/2007/02/sobre-dalton.html&usg=__mEcnYUM_pRGnat7Ku_ATJzEkFws=&h=242&w=320&sz=25&hl=es&start=21&um=1&itbs=1&tbnid=CM2RLwibm8gLsM:&tbnh=89&tbnw=118&prev=/images?q=ley+de+las+presiones+parciales+de+Dalton&ndsp=18&hl=es&sa=N&start=18&um=1


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Ley de Boyle- Mariotte

Cuando el volumen y la presin de una cierta cantidad degas es mantenida a temperatura constante, el volumen

ser inversamente proporcional a la presin: PV=K

Cuando aumenta la presin, el volumen disminuye; si la

presin disminuye el volumen aumenta.


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12L de un gas soportan una presin de 1,2 atm. Cul ser el

volumen que ocupar esta misma masa de gas si, mantenindose la

temperatura constante, se la lleva a una presin de 1,8 atm?.

P1= 1,2 atm

V1= 12L

P2= 1,8 atm

V2= X

1,2 atm 12L

1,8 atm

X =

X = 8L

1,2 atm 12L = 1,8 atm X

P1V1= P2 V2


18/63

Una bolsa esta inflada. Tiene un volumen de 900 ml a unapresin de 1 atm. Qu presin se necesita para que un

globo reduzca su volumen 200 ml?

P1= 1 atm

V1= 900 ml

P2= X

V2= 700 ml.

P1V1= P2 V2

1 atm 900 ml = X 700ml

1 atm 900ml

700 ml

X =

X = 1.28 atm


19/63

Ley de Charles

o El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a

presin constante es directamente proporcional a su

temperatura absoluta.o Es decir: cuando aumenta la temperatura aumenta

tambin el volumen.


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21/63

Un gas ocupa un volumen de 50L medidos a una temperatura de 20

C. Qu volumen ocupar a 5 C, si la presin se mantiene

constante?.

V1= 50L

T1= 20C + 273 = 293K

V2= X

T2= 5C + 273 = 278K

50L

293K

=X

278K

X = 47,44L


22/63

Una muestra gaseosa tiene un volumen de 200 cm a 20

C de temperatura. Calcular el volumen a 0 C si lapresin permanece constante. (Calcular el volumen en

litros)

V1= 200 cm = 0.2 L

T1= 20C + 273 = 293K

V2= X

T2= 0C + 273 = 273K

0.2L

293K =

X

273K

X = 0.186L


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Ley de gay - Lussac

La presin de un gas que se mantiene a volumen constante,

es directamente proporcional a la temperatura:

Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado,

primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta

una temperatura caracterstica de cada gas, a fin de poder

someterlo a la presin requerida para licuarlo sin que se

sobrecaliente, y, eventualmente, explote.


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25/63

A 20 C una cierta masa de gaseosa soporta una presin

de 8 atm. Si se la calienta hasta llegar a una temperaturade 80 C cul ser la presin, suponiendo que el

volumen permaneci constante?.

P1= 8 atm

T1= 20C + 273 = 293K

P2= X

T2= 80C + 273 = 353K

8 atm.

293K =

X

353K

X = 9.63atm.


26/63

Ley de Avogadro

Es aquella en el que las constantes son presin y

temperatura, siendo el Volumen directamenteproporcional al Nmero de moles (n)


27/63

Un globo de helio se infla hasta tener un volumende 2

litros, unos das despus el volumen del globo es de 0.5

litros y segn anlisis haban 0.025 moles de helio,Cuantas moles de helio haban en el globo recin

inflado?, suponga que la presin y la temperatura al

momento de hacer las mediciones eran las mismas.

v1= 2L.

n1= X

v2= 0.5L.

n2= 0.025

2L.

X=

0.5L

0.025mol

X = 1mol.
http://ejerciciosresueltos.co/volumen/http://ejerciciosresueltos.co/presion/http://ejerciciosresueltos.co/temperatura/http://ejerciciosresueltos.co/temperatura/http://ejerciciosresueltos.co/presion/http://ejerciciosresueltos.co/volumen/


28/63

p T n V

Boyle aumenta constante constante disminuye V 1/p

Charles constante aumenta constante aumenta T V

Avogadro constante constante aumenta aumenta n V


29/63

Ley general de los gases

Esta ley se relaciona con el volumen, temperatura y

presin. Al relacionarlos, dan origen a una constante para

dos estados del mismo gas: la masa del gas no vara.

Con lo que uniendo las tres frmulas queda:P V

=constante;T


30/63

Un gas a 30 C y 680 mmHg ocupa un volumen de 50L.

Qu volumen ocupar dicho gas en condiciones

normales (p = 760 mmHg y T = 273 K)

P1= 680 mmHg

V1= 50L

T1= 30C + 273 = 303K

P2= 760 mmHg

V2= X

T2= 273K

680mmHg*50L

303K

=760mmHg * X

273K

X = 40.3L


31/63

Las leyes mencionadas pueden combinarse

matemticamente en la llamada ley de los gases ideales.

Su expresin matemtica es:


32/63

Donde:

P=presin.

V=volumen.

N=numero de moles.

T=temperatura.

R es la constante de proporcionalidad.

R se llama constante universal de los gases, porqueexperimentalmente se encontr que su valor es el mismo

para todos los gases.

El valor y las unidades de R dependen de las unidades de

P, V y T.


33/63

Condiciones normales gas ideal


34/63

DEMOSTRACION DE R.

Basndonos en 1 mol de gas en condiciones normales.Resolvemos la ecuacin para R:

=

=

(.)

()=0.0821

;

;

R en otras unidades:

R=8.314J/(mol.K)

R=1.99 calorias/(mol.K).


35/63

Determine el volumen de 1 mol de cualquier gas, si se

supone que se comporta como un gas ideal a PTE.

P V = N R T

=

=

(.)..

(273)= 22.41L.


36/63

*Un globo de helio para fiesta, que se supone es una esfera perfecta,

tiene un radio de 18.0 cm. A temperatura ambiente (20C), su

presion interna es de 1.05 atm. Determine el numero de moles de

helio en el globo y la masa de helio necesaria para inflar el globo a

estos valores. = 4/

V=

r.V=

(0.18m)=0.0244m=24,4lt

n= (,)(,)

(,

)()

= 1.066moles

m=n*PM=(1,066moles)*(4gr/mol)= 4,26gr

EJERCICIO


37/63Ley de Dalton

Enuncia que en una mezcla de gases la presin total es igual a lasuma de las presiones parciales que ejercera cada uno de ellos sislo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar

la temperatura.

=

=(:)

=


38/63

Una mezcla de 4 g de CH4y 6 g de C2H6ocupa un volumen

de 21,75 litros. Calcula: a) la temperatura de la mezcla si la

presin total es de 05 atm; b) la presin parcial de cada

gas.

a) 4 gn (CH4) == 0,25 mol

16 g/mol

6 gn (C2H6) == 0,20 mol

30 g/mol

n (total) = n (CH4) + n (C2H6) = 0,25 mol +0,20 mol = 0,45 mol

p V (0,5 atm) (21,75 L)T == = 295 K

n R (0,45 mol) (0,082 atm L/mol K)

EJERCICIO


39/63

b)n (CH4) 0,25 mol

p (CH4) = p =0,5 atm =n (total) 0,45 mol

p (CH4) = 0,278 atm

n (C2H6) 0,20 mol

p (C2H6) = p =0,5 atm =n (total) 0,45 mol

p (C2H6) = 0,222 atm

Se comprueba que 0,278 atm + 0,222 atm = 0,5 atm


40/63

Una muestra de amoniaco gaseoso (NH3) se descompone completamenteen nitrgeno e hidrogeno gaseosos sobre lecho de hierro caliente. Si la

presin total es de 866mmHg calcule las presiones parciales de N2 y H2.

2NH3(g) N2(g) + 3H2(g)

Presin parcial H2:

=3

4= 0,75

= = 0,75 1,14 =,

Presin parcial N2:

=1

4

= 0,25

= = 0,25 1,14 =,

EJERCICIO


41/63

Formas alternativas de la Ecuacin de los gases

Haciendo unos pequeos cambios en la ecuacin de los gases ideales sepuede llegar a vincular otras variables.

=

=

=

=

=

=


42/63

*Calcule la densidad del bromuro de hidrogeno (HBr)

gaseoso en gramos por litro a 733 mmHg y 46C

(= 80,91

).

=

=

80,91

(0,964)

0,082

(319)

=,

EJERCICIO


43/63

*Un recipiente de vidrio tiene una masa de 40,1305gr cuandoesta vacio. Cuando se llena con agua a 25C su masa aumentahasta 138,24. Y cuando se llena con propileno a 740,3mmHg y a

24C, su masa tiene un valor de 40,2959. (= 0,997/).

Volumen recipiente=volumen de agua vertido

= = 0,997

138,24 40,1305 = 97,81 = 0,0978

Masa de propileno

m=40,2959gr-40,1305gr=0,1654gr

=

=

0,1654 0,082

(297)

0,974 (0,0978) =,

EJERCICIO


44/63

-Ley de Joule: Enuncia que la la energa interna depende exclusivamente de la

temperatura, ya que en un gas ideal se desprecia toda interaccin entre las

molculas o tomos que lo constituyen, por lo que la energa interna es slo energa

cintica, que depende slo de la temperatura. Dicho eso la variacin de la energa

interna de un gas ideal se expresa:

=

-Ley de Graham: Establece que las velocidades, tiempos o cantidad de difusin y

efusin de un gas son inversamente proporcional a la raz de sus masas moleculares.

..

=

Difusin: Es la dispersin de un gas dentro de otro.

Efusin: Es la salida de un gas por un poro o agujero del recipiente que

los contenga.

Otras leyes


45/63

-Ley de Amagat: Establece que el volumen total de una mezcla de gases es igual a la

suma de los volmenes parciales, que cada componente ocupara si ste fuera la

nica sustancia presente en la temperatura y la presin total de la mezcla.

=

=(+ )

=

Otras leyes


46/63

*Si efunden 2,2x10-4 moles de N2(2) a travs de un agujero en105s Cunto H2(1) efundira a travs del mismo orificio en

105s? (= 2,01

y = 28,01

)

=

2,210;=

28,01

2,01

= 2,210; 3,73 =, ;

EJERCICIO


47/63

*Un determinado recipiente contiene los siguientes gases: 13gr de He, 20grde Ne y 45gr de Ar, a 45C y 3,2atm. Calcule el volumen parcial de cada gasy el volumen total del recipiente.

=(134

) (0,082

) (318)

(3,2) =,

=(

20

20,18 ) (0,082

) (318)(3,2)

=,

=(

4539,94

) (0,082

) (318)

(3,2)

=,

= + + = 26,4 + 8,07 + 99,4 =,

EJERCICIO


48/63

Importancia de los gases ideales

Facilitan mucho el entendimiento del comportamiento

cuantitativo de un gas debido a la sencillez de sus clculos,

a pesar de que no existen pueden darnos grandes ideas deun comportamiento de un gas real y realizar

aproximaciones. Se dice que un gas real a temperatura y

presin ambiente, tiene un comportamiento bastante

aproximado al ideal, mas precisamente un gas real seasemeja a uno ideal cuando las condiciones son de baja

presin y altas temperaturas.


49/63

REACCIONES DECOMBUSTION


50/63

TEMAS A TRATAR:

Concepto

Componentes de una combustin

Ejemplo de combustin

Tipos de combustion

Teoras de combustin Otros conceptos (gas de chimenea, anlisis orsat)


51/63CONCEPTO

Es una reaccin de oxidacin rpida, en la que

se desprende energa en forma de calor y luz,por lo que es una reaccin del tipo exotrmica.

*Expresin general de combustin:

Combustible + O2 H2O(g) + CO2(g) + Energa


52/63

Para que se lleven a cabo se necesitan 3 componentes:Combustible, comburente y energa activacin.

-Combustible:cualquier sustancia tiene la capacidadde arder en presencia de un comburente mediante laaplicacin de una energa de activacin (gasolina,alcohol, gasleo, carbn, queroseno)

-Comburente: Es el encargado de oxidar al combustible,es decir, la sustancia que aporta el oxgeno. (Aire, ozono,

perxido de hidrogeno, nitratos, cloratos, cromatos).

-Energa de activacin: Es el aporte extra de energaque inicia la combustin.

COMPONENTES DE UNA COMBUSTION


53/63

Encender un fsforo: La cabeza del fosforo sera el

combustible, el aire que lo rodea el comburente y el gesto

de raspar la cerilla contra la lija aportara la energa de

activacin necesaria en forma de calor para que se active lareaccin de combustin.

EJEMPLO DE COMBUSTION


54/63TIPOS DE COMBUSTION

Segn la cantidad de oxigeno disponible, se clasifica en:

-Completa: Ocurre cuando las sustancias

combustibles reaccionan hasta el mximo gradoposible de oxidacin, es decir, Cuando todo elcombustible se consume. Los productos de estetipo de combustin es CO2(g) y H2O(g). Lallama es azul.

-Incompleta: Se produce cuando no se alcanzael grado mximo de oxidacin, es decir, cuando

parte del combustible no se consume, estodebido al agotamiento del oxgeno. Los

productos de este tipo de combustin esCO(g) o CO2(g) y H2O(g). La llama esamarilla.


55/63TE RIA DE MB TI N

Teora del Flogisto: Fue la primera teora que explico el

proceso de combustin. En esta se aseguraba que todo

combustible lo era gracias a que contena una sustanciallamada flogisto, y cuando ocurra la combustin dicha

sustancia era la que se liberaba. Esta teora fue ideada por

Johann Becher y Georg Stahl.

Teora de Combustin de Lavoisier: Por medio de la ley de

conservacin de la materia Lavoisier demostr que el

flogisto era inexistente, por lo que la teora del flogisto era

incorrecta. Adems de la derrocacion de la teora, Lavoisierpropuso que la combustin se lleva gracias a la combinacin

de un combustible con oxgeno.

G d hi id l S d ll l


56/63

OTROS CONCEPTOS

-Gas de chimenea o residuales: Son todos aquellos gases que resultandel proceso de combustin, incluido el vapor de agua. Se dan enporcentaje.

-Anlisis ORSAT: Es tener en cuenta todos los gases resultantes de lacombustin, a excepcin del vapor de agua. Se realiza con un aparatoORSAT. Se dan en porcentaje.

-Aire terico: Es la cantidad de oxigeno que se necesita para realizaruna combustin completa.

-Aire en exceso: Es la cantidad de oxigeno que sobre luego de habercompletado la combustin. Se da en porcentaje:

-Caractersticas a tener en cuenta del aire ambiente:

*El aire esta compuesto aproximadamente de 79% de N2 y un 21% deO2.*El masa molar del aire es aproximada a 29gr/mol.


57/63

EJERCICIO

*Suponga que en una prueba se queman 20 kg de con400 kg de aire para producir 60 kg de CO2 y 80 kg de CO.

Cul fue el porcentaje de aire en exceso?

+ 5 3+ 4

20

1

44

5

1 = 2,27

400 1

29

21

100 = 2,9

% =2,9 (2,27 )

2,27 100 =, %


58/63

*Se queman 100moles de propano (C3H8) con 12% de aire en exceso. Elpropano tuvo un rendimiento del 95%, ademas un 15% su uso para formar CO yel resto para formar CO2. Calcule la composicin del gas emitido de combustinen base seca y en base hmeda.

+ 5 3+ 4

+7

2 3 + 4

Gases emitidos: , , , , ,.

para 80,75moles80,75+ 403,75 242,25+ 323

para 14,25moles

14,25+ 49,87 42,75 + 57

Oxigeno terico y proporcionado:Teorico500moles

Proporcionado500+(0,12*500)560moles

EJERCICIOResultados de la reaccin:


59/63

Resultados de la reaccin:

N2sale=entra560*(79/21)2106,66moles

O2sale=entra-consumido560-453,62106,38moles

CO2sale=producido 242,52moles

CO sale=producido 42,75moles

H2O sale=producido 323+57 380molesC3H8 sale=entra-consumido 100-95 5moles

________________________________________________

Total moles gas de chimenea: 2883,31

Total moles anlisis ORSAT:2503,31

Composicin en base hmeda(gas de chimenea):

%N273,07%

%CO1,48%

%CO28,4%

%H2O13,18%

%O23,69%

%C3H80,18%

Composicin en base seca (anlisis ORSAT):

%N284,16%

%CO1,71%

%CO29,68%

%O24,25%

%C3H80,2%

*U d t i d ti l i i t i i l 28 0% d CO 3 5%


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EJERCICIO

*Un determinado gas seco tiene la siguiente composicin en volumen: 28,0% de CO; 3,5%de CO2; 0,5% de O2y 68% de N2. Este gas se quema con una cantidad tal de aire que eloxgeno del aire est en un 20% en exceso del oxgeno netonecesario para la combustin.Si la combustin se completa en un 98%, calcule la composicin en porcentaje del gas decombustin formado y la cantidad de gas de combustin formado por cada 100 lb de gasquemado.

Por cada 100lb mol de gas hay: 28 lb mol de CO; 3,5 lb mol de CO2; 0,5 lb mol de O2y 68 lb mol deN2.

Combustin:

+

.. 28 + 14 28

Gases emitidos: CO, CO2, O2 y N2

Oxigeno terico y proporcionado:

Teorico14 moles

Proporcionado gas seco + aire 0,5+(13,5*1,2)16,7moles

Resultados de la combustin en moles

O2sale=entra-consumido16,7-(14*0,98)2,98moles

CO sale=entra-consumido28-(28*0,98)0,56moles

N2sale=entra aire + entra gas seco [16,2*(79/21)]+68128,94moles

CO2sale=producido+entra3,5+(28*0,98)30,94moles

___________________________________________________

Total moles: 163,42 moles


61/63

Composicin gas combustin formado:

%N278,9%

%O21,82%

%CO218,93%%CO0,34%

Cantidad de gas de combustin por cada 100lb de gas quemado.

-Gas de combustin

N2(128,94)*(28)3610,32lbO2(2,98)*(32)95,36lb

CO2(30,94)*(44)1361,36lb

CO(0,56)*(28)15,68lb________________________Total: 5082,72lb

-Gas de quemado

N2(68)*(28)1904lb

O2(0,5)*(32)16lb

CO2(3,5)*(44)154lb

CO(28)*(28)784lb________________________Total: 2858lb

Por cada 2858lb de gas que se queme se van a formar 5082,72lb gas de combustin.


62/63

Cantidad de gas de combustin por cada 100lb de gas quemado.

2858lb gas quemado -------- 5082,72lb gas de combustin

100lb -------- x

X=177,84lb


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Exposicion Gases Ideales y Combustion2

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