道爾頓

道爾頓

道爾頓(道爾頓)

約翰·道爾頓（John Dalton，1766-1844）英國化學(xué)家、物理學(xué)家，原子學(xué)說的提出者。另外，他發(fā)現(xiàn)了色盲，因此，色盲也被稱為道爾頓病

目錄 人物生平 平生經(jīng)歷 晚年 科學(xué)研究 人物生平

偉人降生

1766年9月6日，道爾頓生于英格蘭北方坎伯雷鷹田莊，1844年在曼徹斯特過世。終生未娶。父親是一位兼種一點薄地的織布工人，母親生了6個孩子，有3個因生活貧困而夭折。道爾頓6歲起在村里教會辦的小學(xué)讀書。剛讀完小學(xué)，就因家境困難而輟學(xué)。但是他酷愛讀書，在于農(nóng)活的空隙還堅持自學(xué)。　父親是一位農(nóng)民兼手工業(yè)者。幼年時家貧，無錢上學(xué)，加上又是一個紅綠色盲患者，生活艱辛，但他以驚人的毅力，自學(xué)成才。

教書和科研

道爾頓從12歲起就靠自己的收入維持生活了。最初的職業(yè)是做學(xué)校的教師，同時又是這所學(xué)校的創(chuàng)建者。他把村中的孩子召集在一起，由他這個12歲的老師來認(rèn)真教課。有的學(xué)生比老師的年齡還要大。這是一所很奇特的學(xué)校，只維持兩年就停辦了。此后，據(jù)說道爾頓曾跟隨家境相當(dāng)富裕的叔父，在農(nóng)村中出入田間度過了一段農(nóng)民生活。這個工作未能使他得到滿足，不久也就結(jié)束。他到了相距40英里的南郊城鎮(zhèn)肯達爾，在一所同他哥哥熟悉的教友派學(xué)校任教。 此時道爾頓年僅15歲，直到27歲，他一直在這里連續(xù)任教12年。在這一期間，他不僅限于教書，而且還繼續(xù)研究了由羅賓遜引導(dǎo)他入門的氣象學(xué)，經(jīng)常熱心地進行觀測，并做出詳細(xì)記錄。他的勤奮好學(xué)的態(tài)度得到村里一個叫魯賓遜的親戚的贊賞。魯賓遜主動地利用晚上時間來教他數(shù)學(xué)和物理。到了15歲時，道爾頓的學(xué)識已有很大提高，于是他離家來到附近的肯達爾鎮(zhèn)上，在他表兄任校長的教會學(xué)校里擔(dān)任助理教師。在這所學(xué)校里，他仍然堅持一邊努力工作，一邊發(fā)憤讀書，無論是數(shù)學(xué)、自然科學(xué)，還是哲學(xué)、文學(xué)的書籍，他都廣泛涉獵。據(jù)說在這所學(xué)校的12年中，他讀的書比以后50年的還多。正是這種勤奮學(xué)習(xí)為他當(dāng)時的教學(xué)和以后的科研奠定了堅實的基礎(chǔ)。 在肯達爾鎮(zhèn)，有個名叫約翰?豪大的盲人學(xué)者，他2歲時患天花而失明。他憑著堅強的毅力和出眾的才智，通過自學(xué)先后掌握了拉丁文、希臘文和法文，還獲得了數(shù)學(xué)、天文、醫(yī)學(xué)、植物、學(xué)等學(xué)科的豐富知識，成為遠近聞名的學(xué)者。道爾頓從他的身上找到了學(xué)習(xí)的榜樣，主動登門拜豪夫為師，跟他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、哲學(xué)和拉丁文、希臘語。 1793年，道爾頓經(jīng)豪夫推薦，來到了曼徹斯特，受聘于一所新學(xué)院擔(dān)任數(shù)學(xué)和物理學(xué)講師。后來他還開設(shè)了化學(xué)課程，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)化學(xué)知識是從這里開始的。在學(xué)習(xí)中，道爾頓有一種可貴的韌勁。上小學(xué)時，每當(dāng)遇到較難的運算題，他總是堅持要把難題解出。為此當(dāng)同學(xué)們部放學(xué)回家了，他卻常常端坐在教室里，埋頭解題。在魯賓遜的感染下，他很早就開始進行氣象觀測。在肯達爾，蒙夫的指導(dǎo)又使他掌握了記錄氣象日記，從21歲時，道爾頓記氣象日記，堅持了整整57年。直到臨終的前一天，他還記下了一段氣象觀察。就是這股學(xué)習(xí)的韌勁使他攻下了一個又一個的學(xué)習(xí)難關(guān)。虛心地求教和不倦地自學(xué)終于使道爾頓成為一位知識淵博的學(xué)者。 曼徹斯特是英國產(chǎn)業(yè)革命中興起的紡織工業(yè)中心之一，也是新興的資產(chǎn)階級和無產(chǎn)階級的重要活動堡壘。一些來自中下階層的新型科學(xué)家、企業(yè)家、商人、工程師、醫(yī)生及文學(xué)家、哲學(xué)家自發(fā)地組織了以提倡科學(xué)和工藝為宗旨的民間科學(xué)團體——曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會。他們定期聚會，宣讀論文，討論自然科學(xué)、哲學(xué)、文學(xué)、民法、商業(yè)及各種工藝問題，思想很活躍。在產(chǎn)業(yè)革命中作出突出貢獻的一些企業(yè)家、科學(xué)家、思想家都參加到這一學(xué)會中來，學(xué)會實際上成為產(chǎn)業(yè)革命的參謀部。道爾頓到曼徹斯特后不久，很快參加了這一學(xué)會的活動。他的研究成果大部在這個學(xué)會的例會上宣讀，這個學(xué)會的刊物發(fā)表了他多達百余篇的論文，道爾頓的科研活動與該學(xué)會有著密切的聯(lián)系。由于他學(xué)識淵博，待人誠懇，作風(fēng)樸實，大家都很尊重他，1808年推選他為學(xué)會的副會長，1817年任會長，直到他去世。 道爾頓在曼徹斯特發(fā)表的第一篇論文，不是氣象問題，也不是物理問題，而是一篇關(guān)于色盲的研究文章。說起來，事出偶然。圣誕節(jié)時道爾頓為母親買了一雙深藍色的襪子表示自己對老人的孝敬。當(dāng)他送給母親時，母親卻厲聲責(zé)問他，為什么買一雙紅色襪子。依照當(dāng)?shù)刈诮塘?xí)俗，婦女禁忌紅色。由此道爾頓才發(fā)現(xiàn)自己的辨色能力與眾不同。對此他經(jīng)過認(rèn)真的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)他哥哥也和他一樣，具有不正常的辨色能力，另有一些人也具有這一病癥。為此他撰寫了論文，提出人類中存在著色盲這一病癥。道爾頓的這一發(fā)現(xiàn)引起了社會公眾的重視，所以在英國將色盲常稱為道爾頓癥。 學(xué)識的增加，使道爾頓感到要深入研究，解決幾個科學(xué)難題，必須付出更多的時間和精力。為此，1799年他果斷地辭去了學(xué)院的繁忙教職，從曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會借了一間工作室，又在工作室附近租了一間簡陋的民房，開始他清貧的以科研為主的新生活。據(jù)他的房東介紹說：道爾頓的生活很有規(guī)律，幾乎每天都是，早餐前先去實驗室升火，吃完早餐后即開始工作，一直干到午餐時才出來。吃罷午餐又繼續(xù)進實驗室工作，一直忙到晚上9點，晚餐后稍作休息，就進住房讀書至夜半。這種生活就象時鐘運轉(zhuǎn)一樣有規(guī)律，“午夜方眠，黎明即起”成為道爾頓勤奮治學(xué)生活的真實寫照。功夫不負(fù)有心人。勤奮的學(xué)習(xí)，刻苦的鉆研，使道爾頓在攀登科學(xué)的山路上取得了一個又一個的成果。長期以來對氣象觀測和對大氣各種問題的思索很自然地引導(dǎo)他去研究氣體的物理性質(zhì)。他用自己親自動手設(shè)計制作的各種器具認(rèn)真地考察了大氣、水蒸氣等多種氣體和蒸發(fā)、壓縮、膨脹等物理現(xiàn)象，還對大氣的組成、混和氣體的狀態(tài)、氣體的擴散、氣體在水中的溶解等問題作了實驗研究。從1301年起，他陸續(xù)地完成了“關(guān)于極光”、“關(guān)于氣壓計”、論降雨”、“關(guān)于溫度計”、“混和氣體的組成”、“論水蒸氣的力”、“論蒸發(fā)”、“論氣體受熱膨脹”等論文。其中最突出的成果是，他在“論氣體受熱膨脹”的論文中清楚地提出了氣體的熱膨脹定律：任何氣體每上升一定溫度時發(fā)生的體積膨脹是相同的，在同一時期，法國化學(xué)家蓋?呂薩克也提出了氣體的'體積隨溫度而改變的這一定律，所以現(xiàn)在人們常稱氣體熱膨脹定律為道爾頓一蓋，呂薩克定律，此后不久，道爾頓又進一步地提出了著名的混和氣體的分壓定律，混和氣體的壓力等于各組分在同樣條件下所具有的壓力之和。這些對氣體物理性質(zhì)的實驗研究成果又引導(dǎo)道爾頓去攀登科學(xué)險途的新高峰。

創(chuàng)立原子論

通過氣象觀測和對氣體物理性質(zhì)的研究，道爾頓常思考這么一個問題：為什么復(fù)合的大氣，或者由兩種或更多種彈性流體（氣體）組成的混和物竟能在外觀上構(gòu)成一種均勻體？他決心解釋常見的自然現(xiàn)象。 他曾假定各種物質(zhì)（氣體）都是由同樣大小的微粒構(gòu)成�；旌蜌怏w的分壓定律表明一種氣體的微粒能均勻地分布在另一種氣體的微粒之中。氣體的擴散也是類似的物理過程。由此道爾頓認(rèn)為，物質(zhì)的微粒結(jié)構(gòu)是存在的，這些質(zhì)點也許是大小了，即便采用顯微鏡也無法看到。這時他想起了公元前古希臘哲學(xué)家提出的原子假設(shè)，于是他選擇了原子這一名詞來稱呼這種微粒。 牛頓在他的力學(xué)理論中，指出在物質(zhì)微粒的運動中，同性相斥，異性相吸。根據(jù)這一思想，道爾頓假設(shè)在混和氣體中，一類氣體的原子并不排斥另一類氣體的原子，僅僅是同類原子相互排斥。那么怎樣證實氣體原子的存在呢？道爾頓認(rèn)為，必須去測定各種原子的相對質(zhì)量和不同原子合成新粒子的組成。當(dāng)時化學(xué)家在氣體化合物的化學(xué)反應(yīng)中，為道爾頓的研究提供了一些實驗數(shù)據(jù)，但是還遠遠滿足不了他計算各種原子的相對質(zhì)量的需要，為此道爾頓作了一些大膽的假設(shè)和推理。首先他從物理學(xué)的角度出發(fā)，假定相同體積的氣體在同溫同壓下，含有相同數(shù)目的原子。若這一假定能成立，他便可以通過測量相對的蒸汽密度來換算氣體原子的相對質(zhì)量。但是，他在氧氣、氫氣合成水的實驗中發(fā)現(xiàn)，水的蒸氣密度反而小于氧氣的蒸氣密度。于是他懷疑采用蒸氣密度法來測算原子相對質(zhì)量行不通。（用現(xiàn)在的觀點來看，只要把道爾頓測定的微粒由原子改為分子就對了，可惜道爾頓當(dāng)時沒有這種認(rèn)識。） 采用物理學(xué)的實驗方法行不通，道爾頓轉(zhuǎn)向了化學(xué)。根據(jù)水由35份氧和15份氫組成的實驗結(jié)果，得到了氧和氫化合的質(zhì)量比；又由氨氣的分析得到了氮和氫化合的質(zhì)量比。有了這些質(zhì)量比還不夠，還必須知道化合物的微粒究竟由幾個原子組成，才能換算出原子的相對質(zhì)量。對此道爾頓提出了由原子構(gòu)成微粒（分子）的基本原則。兩種元素A和B間，若只存在一種化合物，其分子為AB若存在兩種化合物，其分子為AB、ABB或AAB；若存在三種時，可能是AB、AA民ABB……，在這樣的規(guī)定下，他以氫原子量作為基準(zhǔn)，利用化學(xué)家對一些物質(zhì)的分析結(jié)果，換算出一批原子的相對質(zhì)量，這就是世界上第一張原子相對質(zhì)量表，記載在1803年9月6日道爾頓的日記中，這一天恰好是道爾頓37歲的生日，因而更富有意義。 1803年10月，在曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會的一次活動中，道爾頓第一次講述了他的原子論。他的基本觀點可歸納為三點: （1）元素是由非常微小、不可再分的微粒——原子組成，原子在一切化學(xué)變化中不可再分，并保持自己的獨特性質(zhì)。 （2）同一元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同。不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一。 （3）不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。 盡管道爾頓提出的原子論被后人發(fā)現(xiàn)存在許多錯誤，但是他關(guān)于原子的描述、原子量的計算是項意義深遠的開創(chuàng)性工作，第一次把純屬臆測的原子概念變成一種具有一定質(zhì)量的、可以由實驗來測定的物質(zhì)實體。在他闡述他的原子論的過程中，他又發(fā)現(xiàn)和他原子理論相吻合的一個實驗事實：當(dāng)甲乙兩元素能化合生成幾種不同的化合物時，則在這些化合物中與一定質(zhì)量的甲元素相化合的各乙元素的質(zhì)量多互成簡單的整數(shù)比。例如一氧化碳和二氧化碳中，與同量碳化合的氧，其質(zhì)量之比為1：2。氧的氮化物、沼氣（甲烷）和成油氣（乙烯)等也都呈現(xiàn)此規(guī)律。于是道爾頓第一個提出了表述這一規(guī)律的倍比定律。倍比定律來自實驗，很快為大家所理解和接受，固而成為原子理論的實驗論據(jù)之一。 不朽的業(yè)績，光輝的形象 1804年夏天，當(dāng)時在英國已頗有名氣的化學(xué)家托馬斯·湯姆遜拜訪了道爾頓。道爾頓向他介紹了自己的原子論，湯姆遜極為飲賞，他抓緊時間，在1807年出版的他所著的《化學(xué)體系》一書中，宣傳了道爾頓的原子論，從而使這一理論為其他化學(xué)家所認(rèn)識。 道爾頓自己的著作《化學(xué)哲學(xué)新體系》在1808年才陸續(xù)問世。這一名著分兩卷，第一卷又分上下兩冊。在第一卷上冊中，他主要論述了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，詳盡地闡明了原子論的由來和發(fā)展，包括他關(guān)于原子論的基本觀點。第一卷下冊于1810年出版，它的內(nèi)容主要是結(jié)合化學(xué)實驗的事實，運用原子理論對一些元素和化合物的組成、性質(zhì)作介紹。第二卷直到1827年才出版，它重點敘述金屬氧化物、硫化物以及合金的性質(zhì)，把原子論的思想作了進一步的發(fā)展。 最早提出原子論的一是古希臘哲學(xué)家德�？死�特（公元前476一370），他認(rèn)為物質(zhì)是由許多微粒組成的，這些微粒叫原子，意思是不可分割，許多后人都接受了德�？死�特的觀點，但是他們的假定只是憑想像并無實驗根據(jù)。近代科學(xué)巨人牛頓也是一位原子論者，但他筆下的原子乃是一些大小不同而本質(zhì)相同的微粒。道爾頓的原子論就不一樣，他認(rèn)為相同元素的原子形狀和大小都一樣，不同元素的原子則不同，每種元素的原子質(zhì)量都是固定不變的，原子量是元素原子的基本特征。相比之下，可以發(fā)現(xiàn)道爾頓的原子論有了本質(zhì)的發(fā)展。 道爾頓原子論所提出的新概念和新思想，很快成為化學(xué)家們解決實際問題的重要理論。首先用它清晰地解釋了當(dāng)時正被運用的定比定律、當(dāng)量定律。同時這一理論使眾多的化學(xué)現(xiàn)象得到了統(tǒng)一的解釋。特別是原子量的引入，原子質(zhì)量是化學(xué)元素基本特征的思想，引導(dǎo)著化學(xué)家把定量研究與定性研究結(jié)合起來，從而把化學(xué)研究提高到一個新的水平。革命導(dǎo)師恩格斯評價說，“在化學(xué)中，特別感謝道爾頓發(fā)現(xiàn)了原子論，已達到的各種結(jié)果都具有了秩序和相對的可靠性，已經(jīng)能夠有系統(tǒng)地，差不多是有計劃地向還沒有被征服的領(lǐng)域進攻，可以和計劃周密地圍攻一個堡壘相比。” 道爾頓的原子論不僅在英國化學(xué)界，而且在整個科學(xué)界引起了重視和推崇。1816年法國科學(xué)院選道爾頓為外國通訊院士。1822年在沒有征求道爾頓本人意見的情況下，英國皇家學(xué)會增選他為會員。其后他先后被聘為柏林科學(xué)院名譽院士、莫斯科自然科學(xué)愛好者協(xié)會名譽會員、慕尼黑科學(xué)院名譽院士。對此道爾頓沒有絲毫興趣，他仍然象過去一樣，將自己的熱情和精力奉獻給科學(xué)，繼續(xù)從事原子論的研究，測定各種元素的原子量，繼續(xù)過著那樸實而緊張的隱居式生活。道爾頓的清貧生活，特別是那簡陋的住房和艱苦的工作條件，使慕名而來訪的科學(xué)家感到意外。由于他們的大聲呼吁，英國政府才在1833年關(guān)心起道爾頓的生活，決定每年給他150英鎊的微薄的養(yǎng)老金，以供他晚年生活。

巨星隕落

i1837年4月，他剛過70歲，不幸中風(fēng)，后經(jīng)治療病情有所好轉(zhuǎn)，便又象往常那樣繼續(xù)工作。直到1844年7月26日晚，他還用發(fā)抖的手記下最后一篇氣象日記。第二天清晨，他就象嬰兒入睡一樣靜靜地長眠了。享年77歲。對道爾頓的逝世，曼徹斯特市民們感到非常悲痛，當(dāng)時的市政廳立即作出決定，授予這位科學(xué)家以榮譽市民的稱號，將他的遺體安放在市政廳。4萬多市民絡(luò)繹不絕地前去致哀。8月12日公葬時，有100多輛馬車送葬，數(shù)百人徒步跟隨，沿街商店也都停止?fàn)I業(yè)，以示悼念。一位終身未娶、沒有后人也沒有錢財?shù)钠胀ㄊ忻�，在死后能獲得這種非同尋常的禮遇，可見人們對道爾頓的崇敬。

平生經(jīng)歷

他才智早熟，12歲就當(dāng)上了教師。1778年在鄉(xiāng)村小學(xué)任教；1781年15歲應(yīng)表兄之邀到肯德爾鎮(zhèn)任中學(xué)教師，在哲學(xué)家高夫的幫助下自修拉丁文、法文、數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)等并開始對自然觀察，記錄氣象數(shù)據(jù)，從此學(xué)問大有長進；1793年26歲任曼徹斯特新學(xué)院數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)教授；1796年任曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)會會員；1800年擔(dān)任該會的秘書；1817年升為該會會長；1816年選為法國科學(xué)院通訊院士；1822年選為皇家學(xué)會會員。1826年，英國政府將英國皇家學(xué)會的第一枚金質(zhì)獎?wù)率谟枇说罓栴D。

晚年

1817年道爾頓當(dāng)選曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會會長，一直任職到去世，同時繼續(xù)進行科學(xué)研究，他使用原子理論解釋無水鹽溶解時體積不發(fā)生變化的現(xiàn)象，率先給出了容量分析法原理的描述。但是，晚年的道爾頓思想趨于僵化，他拒絕接受蓋·呂薩克的氣體分體積定律，堅持采用自己的原子量數(shù)值而不接受已經(jīng)被精確測量的數(shù)據(jù)，反對永斯·貝采利烏斯提出的簡單的化學(xué)符號系統(tǒng)。1844年7月26日他使用顫抖的手寫下了他最后一篇氣象觀測記錄。7月27日他從床上掉下，服務(wù)員（道爾頓終生未婚）發(fā)現(xiàn)他已然去世。道爾頓希望在他死后對他的眼睛進行檢驗，以找出他色盲的原因。他認(rèn)為可能是因為他的水樣液是藍色的。去世后的尸檢發(fā)現(xiàn)眼睛正常，但是1990年對其保存在皇家學(xué)會的一只眼睛進行DNA檢測，發(fā)現(xiàn)他缺少對綠色敏感的色素。為紀(jì)念道爾頓，現(xiàn)在他的胸像被安放于曼徹斯特市政廳的入口處。很多化學(xué)家使用道爾頓作為原子量的單位。 道爾頓的研究記錄在他死后被完整收藏在曼徹斯特，但卻毀于二次大戰(zhàn)時的曼徹斯特轟炸。以撒·艾西莫夫為此事嘆道：不是只有活人才會在戰(zhàn)爭中被殺害。

科學(xué)研究

1793年道爾頓依靠從盲人哲學(xué)家高夫那里接受的自然科學(xué)知識，成為曼徹斯特新學(xué)院（牛津大學(xué)哈里斯曼徹斯特學(xué)院的前身）的數(shù)學(xué)和自然哲學(xué)教師。來到學(xué)院不久，他發(fā)表了《氣象觀察與隨筆》，在其中描述了氣溫計氣壓計和測定露點的裝置，在附錄中提出原子論的模型。但是這本書售量很少。1794年道爾頓被選為曼徹斯特文學(xué)和哲學(xué)學(xué)會會員，這個學(xué)會主要討論神學(xué)和英國政治之外的各種問題。10月31日他在學(xué)會宣讀了《關(guān)于顏色視覺的特殊例子》。在這篇文章中，他給出了對色盲這一視覺缺陷的最早描述，總結(jié)了從他自身和很多身上觀察到的色盲癥的特征，如他自己除了藍綠方面的顏色，只能再看到黃色，所以色盲又被很多人稱為道爾頓癥。1799年新學(xué)院遷移到約克，道爾頓仍然留在曼徹斯特，此時他已經(jīng)很有名氣，可以靠作家庭教師為生。 1800年道爾頓開始擔(dān)任學(xué)會秘書，隨后進行氣體的壓強研究。他加熱相同體積的不同氣體，發(fā)現(xiàn)溫度升高所引起的氣體壓強變化值與氣體種類無關(guān)。并且當(dāng)溫度變化相同時，氣體壓強變化也是相同的。他實際上得到了和后來查理和蓋-呂薩克同樣的結(jié)論，但是他沒有繼續(xù)深究這個問題。1801年道爾頓將水蒸汽加入干燥空氣中，發(fā)現(xiàn)混合氣體中某組分的壓強與其他組分壓強無關(guān)，且總壓強等于兩者壓強和，即道爾頓分壓定律。同年道爾頓最親密的朋友威廉·亨利發(fā)現(xiàn)了難溶于水的氣體在水中的溶解數(shù)量與壓強成正比，即亨利定律。隨后亨利也觀察到對于混合氣體也存在同樣關(guān)系，只不過壓強換成了氣體的分壓值。道爾頓從這一研究成果得出溶解是純物理過程的結(jié)論。 道爾頓在《化學(xué)哲學(xué)的新體系》中描繪的氣體原子1803年12月與1804年1月道爾頓在英國皇家學(xué)會作關(guān)于原子論的演講，其中全面闡釋了他的原子論思想。其要點為：①化學(xué)元素均由不可再分的微粒組成。這種微粒稱為原子。原子在一切化學(xué)變化中均保持其不可再分性。②同一元素的所有原子，在質(zhì)量和性質(zhì)上都相同；不同元素的原子，在質(zhì)量和性質(zhì)上都不相同。③不同的元素化合時，這些元素的原子按簡單整數(shù)比結(jié)合成化合物。盡管從現(xiàn)在的觀點來看，道爾頓的觀點是非常簡潔而有力的（當(dāng)然存在著錯誤）但是由于實驗證據(jù)的缺乏和道爾頓表述的不力，這一觀點直到20世紀(jì)初才被廣泛接受。

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