物性 i: 鉱物の結晶と胸の谷間

Earth Science

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Overview

ソース: アラン ・ レスター - コロラド大学ボルダー校講座

鉱物の物理的性質は、色、ストリーク、磁気的性質、硬度、結晶成長形結晶劈開など様々 な測定をし、認識できるような属性を構成します。これらの各プロパティは、鉱物固有であり、それらは基本的に特定の鉱物の化学メイクアップと原子構造に関連。

この実験では、結晶格子、結晶成長形と結晶劈開内の単位細胞と呼ばれる、基礎、構造の原子グループの対称の繰り返しに由来する主に 2 つのプロパティを調べます。

結晶成長形は、原子レベルの対称性、成長結晶格子単位セル (鉱物の分子ビルディング ブロック) を追加することの自然な成長プロセスによって生成される巨視的な式です。急速な単位-細胞-追加のゾーンは、平面、すなわち顔の水晶の間のエッジになります。

岩が鉱物粒子の集合体であることを認識することが重要です。ほとんどの岩が組合せ (複数の種類の鉱物粒子) が、一部は効果的に monomineralic (単一の鉱物から成る) です。岩石は鉱物の組み合わせであるため結晶の形を持つものとして岩がないに呼ばれます。によって、地質学者は一般的な胸の谷間があると岩を参照してくださいが、ここでは単に用語を参照する反復的な表面し、原子の結晶構造の反射ではないです。だから、一般に、条件結晶の形態と結晶劈開は鉱物試料とない岩石に関して使われて。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 地球科学の本質. 物性 i: 鉱物の結晶と胸の谷間. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

すべての鉱物は、物理的性質を所有しているが、常に、プロパティに関連付けられている特定しやすい機能は個々 の水晶では表されません。たとえば、水晶のある特徴的な六角形の形状が、他の鉱物がブロックまたは、(これは通常ほとんどの岩石の場合) 自然な成長形、六角形の形に影響を与える環境を形成していない結晶成長で発生した場合。それで、これを念頭に、すべてのサンプルがこれらの主要な機能を示す結晶または結晶胸の谷間解析のためのサンプルの適切なグループを慎重に選択することが重要です。

さらに、結晶劈開がテストする比較的簡単ですが、サンプルをハンマーで割って-さまざまな鉱物、不規則と大まかな平面の破壊によって生成された可能性があります (「貧しい胸の谷間」と呼ばれる) 胸谷間品質範囲を示すまたは非常滑らか (と呼ばれる"良い-"または"優秀な谷間」).場合によっては (例えば水晶) 結晶構造の接着強さはすべての方向で均一、この結果認識可能な開裂の平面の欠如と鉱物。

Procedure

1 鉱物試料のグループを確立すること

  1. 可能な限り次の多くが含まれて: 石英や岩塩、方解石、ガーネット、黒雲母、白雲母。一部は結晶胸の谷間機能の結晶成長の特徴と他の選択されます。

2. 観察し、結晶の形を分析

  1. 観察表面にサンプルを配置します。
  2. すべての側面を観察するために回転します。結晶面、クリスタル エッジ (面が交わる線)、および結晶の頂点を探す (エッジが交わるポイント)。
  3. 可能であれば、ゴニオ メーターを用いた界面の角度を測定します。これは、単に特定の結晶面、隣接する顔にゴニオ メーターの反対側、ゴニオ メーターの 1 つの側面を置くと、その角度で。
  4. 特徴的な結晶性多面体のセットと比較します。
  5. 石英 (注六角錐形フォーム (図 1))、方解石 (注 scalenohedron フォーム (図 2))、岩塩 (注立方結晶形 (図 3))、ガーネット (注正十二面体フォーム (図 4))、および黒雲母 (注擬似六角形 (図 5)) について、手順 2.1-2.4.

Figure 1
図 1。水晶六角錐形フォームを表示します。

Figure 2
図 2。Scalenohedron フォームを表示する方解石。どのようにいくつかの結晶面が交差するフォーム クリスタル エッジとエッジ フォーム ポイント「頂点」として知られているの組み合わせに注意してください。対称結晶成長形は結晶格子内の基本的な原子構造 (単位格子) の繰り返しによって生成されます。この例では、方解石の結晶成長は、scalenohedron として知られている特定の多面体を生成します。

Figure 3
図 3。岩塩は立方晶系結晶フォームを表示します。

Figure 4
図 4。ガーネットは正十二面体のフォームを表示します。

Figure 5
図 5。黒雲母は擬似六角形のフォームを表示します。

3. 観察・胸の谷間を分析

  1. 目の保護に置きます。
  2. 破壊面に石英の小片を置きます。
  3. ハンマーを使用して、半分に石英のかけらを破る。
  4. 手のレンズを使用すると、胸の谷間の表面の石英の破片を観察します。石英がなしていることに注意してください。石英は、貝殻状の破壊がない明確に定義された胸の谷間表面 (図 6) を展示します。これは、石英結晶 (シリカを四面体と呼ばれる SiO4グループ) の単位セルがすべての方向に対等平等の接着強さを持っているという事実の結果です。接着強さのこの均一性結果結晶面の破壊を優先なしで。
  5. (それぞれは平面胸の谷間 (図 9) を表示する必要があります) の方解石 (菱面体晶胸の谷間 (図 7) を表示する必要があります)、岩塩 (立方胸の谷間 (図 8) を表示する必要があります)、黒雲母、白雲母に 3.2-3.4 の手順を繰り返します。
  6. 手のレンズを使用して、異なる胸の谷間の資質を評価します。胸の谷間は、さまざまなレベルで発生します。マイカの場合 SiO4グループのシートの間など、特定の向きに接着強さの劇的な違いがあるときこれらのシートの間ほぼ完璧な胸の谷間が生成されます。前述のように、水晶は胸の谷間のほぼ完全な欠如を展示します。(完璧な胸の谷間と胸の谷間の欠如) のこれらの極端の間に良い胸の谷間 (例えば長石) と貧しい胸の谷間 (角閃石結晶の特定の面) を持つ鉱物があります。

Figure 6
図 6。胸の谷間表面なし、貝殻状の破壊を表示する水晶。

Figure 7
図 7。菱面体晶の胸の谷間を表示する方解石。対称の破壊と破面は結晶格子内の原子間結合の相対的な弱さの地帯によって生成されます。方解石胸の谷間は、rhombohedron として知られている特定の多面体の結果します。

Figure 8
図 8。岩塩は立方胸の谷間を表示します。

Figure 9
図 9。黒雲母平面胸の谷間を表示します。

ミネラルは、無機物質の同定と解析を支援するユニークな特性で、地球で発見します。

多くの鉱物は結晶構造を示します。これらの結晶は高単位細胞と呼ばれる原子のグループを繰り返しから成っている原子の配置を注文しました。単位格子は、結晶内で同一であるため結晶のマイクロ- とマクロ スケールの対称性に責任があります。

この対称性を破る、または予測可能な方法で切断する鉱物結晶が発生します。胸の谷間には、弱い構面に沿って分割する結晶の傾向があります。したがって、鉱物の切断方法は、その結晶構造に洞察力を提供します。

このビデオは、鉱物試料を破り、その胸の谷間を観察することによってマクロ スケール鉱物の結晶形態の分析を説明します。

結晶性固体には、非晶質固体の順序があるに対し繰り返されるパターンで構成原子が含まれています。たとえば、炭素は、さまざまな形で見つけることができます。非晶質炭素の原子にランダムに整理され、順序付けられた結晶のダイヤモンドの原子が配置されて一方。

結晶は、繰り返し、同一の単位細胞単位セルの端およびそれらの間の角度の長さで定義されている配列です。これらを繰り返し構造空間の三方向に無限に延長、均一性と結晶の性質を定義します。

7 つの基本単位の細胞があります。最も単純な単位セルをキューブには、各コーナーの等しい辺の長さと原子があります。バリエーションは、正方晶、斜方晶、異なる辺長種類を所有しています。

菱面体晶の結晶構造を持つ同様の平行直角なし幾何学に直面します。単斜晶系と六方似ている形で、様々 な角度とエッジの長さ。最後に、六角形の構造は、六つの長方形の面を持つ 2 つの平行六角形面で構成されます。

これらの構造の変化は、別の原子が結晶面に含まれている、顔を中心とした、呼び出されるか水晶体と呼ばれる体の中心に発生します。

結晶が壊れている、彼らは構造的に弱い結晶面に沿って切断がちです。胸の谷間の品質は、平面の結合強度依存します。良い胸の谷間が発生する場所の内で絆の強さが平面の方が強い。貧しい胸の谷間は、結晶面の付着強度が強いときに発生します。結晶は、2 つの劈開面の結果基底胸の谷間と呼ばれる 1 つの方向に切断可能性があります。これは、飛行機内で強力な原子結合ですが平面間の弱い結合を起因します。

同様に、4 つの劈開面と 2 つの破面の結果 2 つの弱面のための 2 つの方向で結晶を切断する可能性があります。立方晶と菱面体晶の形態は 3 つの方向で胸の谷間に起因します。八面体および十二面体のフォームはそれぞれ 4 つ、六つの破壊面から生じる。

いくつかの鉱物はすべての方向で強い絆により、まったく結晶面に沿って切断し、代わりに不規則な破壊が発生しないでください。

今では結晶構造や結晶劈開の種類の基本を説明しましたので、実際鉱物試料でこれらのプロパティを見てみましょう。

結晶形を分析するには、まず、水晶、岩塩、方解石、ガーネット、黒雲母、白雲母などの鉱物試料のグループを収集します。

観察面にサンプルを置きます。すべての側面を観察するために、サンプルを回転させます。結晶面、クリスタル エッジ、および結晶の頂点を探します。

可能であれば、ゴニオメータ界面角度を計測します。これを行うには、特定の結晶面、角度計の 1 つの側面と隣接面にゴニオ メーターの反対側を置きます。角度を読み取る。

特徴的な結晶性多面体のセットに観測を比較します。他の鉱物にこの手順を繰り返しの違いに注意してください。

石英サンプル 6 の側面によって示されるように六角形錐形結晶の形があります。

方解石材料は双ピラミッド構造の 8面で示すように、scalenohedron フォームを展示します。

岩塩、90 ° の角度で、特徴的な立方構造を示しています。

ガーネットは示す正十二面体は、フォームの 12 の側面と表面を角度します。

最後に、黒雲母は明白な六角形のフォームを表示できます。

次に、結晶胸の谷間を観察する最初の目の保護に置きます。

破壊面に石英の小片を置きます。ハンマーを使用して、石英のかけらを破る。手のレンズを使用すると、胸の谷間の表面の石英の破片を観察します。石英がなしていることに注意してください。

石英結晶格子の単位セル貝殻状の破壊と呼ばれる、ない最寄り速報機結晶で、その結果、すべての方向に対等平等の接着強さがあります。

次に、その他の試験のこの破壊手順を繰り返します。手のレンズを使用して、異なる胸の谷間の資質を評価します。

マイカの場合ケイ酸塩のグループのシートの間ほぼ完璧な胸の谷間はこれらのシートの間に生成される、特定の向きに接着強さの劇的な違いがある、基底胸の谷間を呼び出されます。

黒雲母・白雲母の各一箇所断線平面と基底の開裂を表示します。

岩塩は立方胸の谷間、90 ° で 3 つの開裂の平面からの結果を表示します。

方解石は、菱面体晶胸の谷間、120、60 ° で 3 つの開裂の平面からの結果を表示します。

結晶構造の分析は、フィールドは、鉱物の種類を理解することが重要です。

X 線回折法や x 線回折を用いた結晶構造の定量分析が行えます。

この例では、鉄酸化物の結晶構造は、ヘマタイトと高温高圧でダイヤモンド ・ アンビル ・ セルにおける鉄の混合物から合成されました。結晶構造を決定する反応の中で x 線回折散乱パターンを調べた。

結果、滑らかな、またはむらデバイ リングは、結晶化度を示します。それぞれのリングは、結晶面に対応するよう、各リングの位置は結晶構造を解明します。

平面胸の谷間プロパティ、したがって原子平坦面により雲母はよく小分子イメージング用基板として使用されます。

この例では、マイカは、原子間力顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いた光受容分子イメージング用基板として使用されました。蛋白質のサンプルはたてに裂かれた雲母シートに吸着され、バッファーで洗浄し。

サンプルは、流体セルを使用して、イメージしました。マイカ基板には、蛋白質のサンプルの原子平坦面のための高分解能イメージングが有効になります。

ゼウスの入門鉱物の物理的性質を見てきただけ。今結晶劈開面を決定する方法と、結晶単位格子の基礎を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

Applications and Summary

歴史的に、鉱物の物性を評価すると、鉱物同定のキー最初のステップにされています。今日でも、物理的な観察 (例えば岩石顕微鏡、x 線回折、蛍光 x 線、電子マイクロ プローブ技術)、顕微鏡および現代の分析機器に欠けているときプロパティは鉱物同定のための診断ツールとして非常に便利なまだ。これは地質調査の場合特にです。

評価と鉱物の物理的性質を観察することは、原子レベルの構造と配置に肉眼形態の重要な依存性を実証する優れた手段です。

鉱物のキーの物理的な特性は、特定のサンプルの常には表されません。したがって、実際に認識し、診断ツールとしてこれらのプロパティを使用することと、科学と経験と技術の組み合わせが必要です。多くの場合、地質学者は、比較的小さな鉱物の結晶や大きな岩のマトリックス内の穀物を評価する手のレンズを利用する必要があります。このような場合は、結晶の形態と結晶劈開の有益な側面を識別するために異なるチャレンジになります。

学術・教育の設定で手サンプル分析によるミネラルの評価はどのように反復的なパターンを示す運動と特性、自然の材料の物理化学によって課されます。つまり、任意の特定の鉱物は特定の結晶学的特徴 (例えば結晶形態) と物理的性質 (例えば色、硬さ、ストリーク) 原子の構造と化学組成によって課されるもの。

鉱物資源の探査地質学の王国で手サンプル鉱物の同定は潜在的な鉱石と経済的に便利な預金の検索を目的としたフィールドワークの重要なコンポーネントです。たとえば、各種金属硫化物 (黄鉄鉱、閃亜鉛鉱、方鉛鉱) 水酸化物熱水性鉄オキシ-(ヘマタイト、針鉄鉱、褐鉄鉱) と共同での同定は、潜在的な金と銀の豊富な静脈と地域の可能性があります。

歴史的地質学 (深側頭地域史を解読する) においては、鉱物同定は古代の条件の解釈のための段階を設定できます。たとえば、特定の変成鉱物 (例えばアル2SiO5多形、藍晶石、紅柱石、珪線石)、特定の圧力および古代の地殻内温度条件のマーカーです。

1 鉱物試料のグループを確立すること

  1. 可能な限り次の多くが含まれて: 石英や岩塩、方解石、ガーネット、黒雲母、白雲母。一部は結晶胸の谷間機能の結晶成長の特徴と他の選択されます。

2. 観察し、結晶の形を分析

  1. 観察表面にサンプルを配置します。
  2. すべての側面を観察するために回転します。結晶面、クリスタル エッジ (面が交わる線)、および結晶の頂点を探す (エッジが交わるポイント)。
  3. 可能であれば、ゴニオ メーターを用いた界面の角度を測定します。これは、単に特定の結晶面、隣接する顔にゴニオ メーターの反対側、ゴニオ メーターの 1 つの側面を置くと、その角度で。
  4. 特徴的な結晶性多面体のセットと比較します。
  5. 石英 (注六角錐形フォーム (図 1))、方解石 (注 scalenohedron フォーム (図 2))、岩塩 (注立方結晶形 (図 3))、ガーネット (注正十二面体フォーム (図 4))、および黒雲母 (注擬似六角形 (図 5)) について、手順 2.1-2.4.

Figure 1
図 1。水晶六角錐形フォームを表示します。

Figure 2
図 2。Scalenohedron フォームを表示する方解石。どのようにいくつかの結晶面が交差するフォーム クリスタル エッジとエッジ フォーム ポイント「頂点」として知られているの組み合わせに注意してください。対称結晶成長形は結晶格子内の基本的な原子構造 (単位格子) の繰り返しによって生成されます。この例では、方解石の結晶成長は、scalenohedron として知られている特定の多面体を生成します。

Figure 3
図 3。岩塩は立方晶系結晶フォームを表示します。

Figure 4
図 4。ガーネットは正十二面体のフォームを表示します。

Figure 5
図 5。黒雲母は擬似六角形のフォームを表示します。

3. 観察・胸の谷間を分析

  1. 目の保護に置きます。
  2. 破壊面に石英の小片を置きます。
  3. ハンマーを使用して、半分に石英のかけらを破る。
  4. 手のレンズを使用すると、胸の谷間の表面の石英の破片を観察します。石英がなしていることに注意してください。石英は、貝殻状の破壊がない明確に定義された胸の谷間表面 (図 6) を展示します。これは、石英結晶 (シリカを四面体と呼ばれる SiO4グループ) の単位セルがすべての方向に対等平等の接着強さを持っているという事実の結果です。接着強さのこの均一性結果結晶面の破壊を優先なしで。
  5. (それぞれは平面胸の谷間 (図 9) を表示する必要があります) の方解石 (菱面体晶胸の谷間 (図 7) を表示する必要があります)、岩塩 (立方胸の谷間 (図 8) を表示する必要があります)、黒雲母、白雲母に 3.2-3.4 の手順を繰り返します。
  6. 手のレンズを使用して、異なる胸の谷間の資質を評価します。胸の谷間は、さまざまなレベルで発生します。マイカの場合 SiO4グループのシートの間など、特定の向きに接着強さの劇的な違いがあるときこれらのシートの間ほぼ完璧な胸の谷間が生成されます。前述のように、水晶は胸の谷間のほぼ完全な欠如を展示します。(完璧な胸の谷間と胸の谷間の欠如) のこれらの極端の間に良い胸の谷間 (例えば長石) と貧しい胸の谷間 (角閃石結晶の特定の面) を持つ鉱物があります。

Figure 6
図 6。胸の谷間表面なし、貝殻状の破壊を表示する水晶。

Figure 7
図 7。菱面体晶の胸の谷間を表示する方解石。対称の破壊と破面は結晶格子内の原子間結合の相対的な弱さの地帯によって生成されます。方解石胸の谷間は、rhombohedron として知られている特定の多面体の結果します。

Figure 8
図 8。岩塩は立方胸の谷間を表示します。

Figure 9
図 9。黒雲母平面胸の谷間を表示します。

ミネラルは、無機物質の同定と解析を支援するユニークな特性で、地球で発見します。

多くの鉱物は結晶構造を示します。これらの結晶は高単位細胞と呼ばれる原子のグループを繰り返しから成っている原子の配置を注文しました。単位格子は、結晶内で同一であるため結晶のマイクロ- とマクロ スケールの対称性に責任があります。

この対称性を破る、または予測可能な方法で切断する鉱物結晶が発生します。胸の谷間には、弱い構面に沿って分割する結晶の傾向があります。したがって、鉱物の切断方法は、その結晶構造に洞察力を提供します。

このビデオは、鉱物試料を破り、その胸の谷間を観察することによってマクロ スケール鉱物の結晶形態の分析を説明します。

結晶性固体には、非晶質固体の順序があるに対し繰り返されるパターンで構成原子が含まれています。たとえば、炭素は、さまざまな形で見つけることができます。非晶質炭素の原子にランダムに整理され、順序付けられた結晶のダイヤモンドの原子が配置されて一方。

結晶は、繰り返し、同一の単位細胞単位セルの端およびそれらの間の角度の長さで定義されている配列です。これらを繰り返し構造空間の三方向に無限に延長、均一性と結晶の性質を定義します。

7 つの基本単位の細胞があります。最も単純な単位セルをキューブには、各コーナーの等しい辺の長さと原子があります。バリエーションは、正方晶、斜方晶、異なる辺長種類を所有しています。

菱面体晶の結晶構造を持つ同様の平行直角なし幾何学に直面します。単斜晶系と六方似ている形で、様々 な角度とエッジの長さ。最後に、六角形の構造は、六つの長方形の面を持つ 2 つの平行六角形面で構成されます。

これらの構造の変化は、別の原子が結晶面に含まれている、顔を中心とした、呼び出されるか水晶体と呼ばれる体の中心に発生します。

結晶が壊れている、彼らは構造的に弱い結晶面に沿って切断がちです。胸の谷間の品質は、平面の結合強度依存します。良い胸の谷間が発生する場所の内で絆の強さが平面の方が強い。貧しい胸の谷間は、結晶面の付着強度が強いときに発生します。結晶は、2 つの劈開面の結果基底胸の谷間と呼ばれる 1 つの方向に切断可能性があります。これは、飛行機内で強力な原子結合ですが平面間の弱い結合を起因します。

同様に、4 つの劈開面と 2 つの破面の結果 2 つの弱面のための 2 つの方向で結晶を切断する可能性があります。立方晶と菱面体晶の形態は 3 つの方向で胸の谷間に起因します。八面体および十二面体のフォームはそれぞれ 4 つ、六つの破壊面から生じる。

いくつかの鉱物はすべての方向で強い絆により、まったく結晶面に沿って切断し、代わりに不規則な破壊が発生しないでください。

今では結晶構造や結晶劈開の種類の基本を説明しましたので、実際鉱物試料でこれらのプロパティを見てみましょう。

結晶形を分析するには、まず、水晶、岩塩、方解石、ガーネット、黒雲母、白雲母などの鉱物試料のグループを収集します。

観察面にサンプルを置きます。すべての側面を観察するために、サンプルを回転させます。結晶面、クリスタル エッジ、および結晶の頂点を探します。

可能であれば、ゴニオメータ界面角度を計測します。これを行うには、特定の結晶面、角度計の 1 つの側面と隣接面にゴニオ メーターの反対側を置きます。角度を読み取る。

特徴的な結晶性多面体のセットに観測を比較します。他の鉱物にこの手順を繰り返しの違いに注意してください。

石英サンプル 6 の側面によって示されるように六角形錐形結晶の形があります。

方解石材料は双ピラミッド構造の 8面で示すように、scalenohedron フォームを展示します。

岩塩、90 ° の角度で、特徴的な立方構造を示しています。

ガーネットは示す正十二面体は、フォームの 12 の側面と表面を角度します。

最後に、黒雲母は明白な六角形のフォームを表示できます。

次に、結晶胸の谷間を観察する最初の目の保護に置きます。

破壊面に石英の小片を置きます。ハンマーを使用して、石英のかけらを破る。手のレンズを使用すると、胸の谷間の表面の石英の破片を観察します。石英がなしていることに注意してください。

石英結晶格子の単位セル貝殻状の破壊と呼ばれる、ない最寄り速報機結晶で、その結果、すべての方向に対等平等の接着強さがあります。

次に、その他の試験のこの破壊手順を繰り返します。手のレンズを使用して、異なる胸の谷間の資質を評価します。

マイカの場合ケイ酸塩のグループのシートの間ほぼ完璧な胸の谷間はこれらのシートの間に生成される、特定の向きに接着強さの劇的な違いがある、基底胸の谷間を呼び出されます。

黒雲母・白雲母の各一箇所断線平面と基底の開裂を表示します。

岩塩は立方胸の谷間、90 ° で 3 つの開裂の平面からの結果を表示します。

方解石は、菱面体晶胸の谷間、120、60 ° で 3 つの開裂の平面からの結果を表示します。

結晶構造の分析は、フィールドは、鉱物の種類を理解することが重要です。

X 線回折法や x 線回折を用いた結晶構造の定量分析が行えます。

この例では、鉄酸化物の結晶構造は、ヘマタイトと高温高圧でダイヤモンド ・ アンビル ・ セルにおける鉄の混合物から合成されました。結晶構造を決定する反応の中で x 線回折散乱パターンを調べた。

結果、滑らかな、またはむらデバイ リングは、結晶化度を示します。それぞれのリングは、結晶面に対応するよう、各リングの位置は結晶構造を解明します。

平面胸の谷間プロパティ、したがって原子平坦面により雲母はよく小分子イメージング用基板として使用されます。

この例では、マイカは、原子間力顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いた光受容分子イメージング用基板として使用されました。蛋白質のサンプルはたてに裂かれた雲母シートに吸着され、バッファーで洗浄し。

サンプルは、流体セルを使用して、イメージしました。マイカ基板には、蛋白質のサンプルの原子平坦面のための高分解能イメージングが有効になります。

ゼウスの入門鉱物の物理的性質を見てきただけ。今結晶劈開面を決定する方法と、結晶単位格子の基礎を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

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