Boro: diferenças entre revisões
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O boro é um dopante utilizado para muito tipos de semicondutores como o [[silício]], [[germânio]] e o [[carbeto de silício]]. Tendo um eletron de valência a menos a receber em cada átomo, ele doa um [[buraco (semicondutores)|buraco]] resultando em um semicondutor tipo P. O método tradicional de adicionar o boro dentro dos semicondutor é a partir da [[difusão atômica]] em altas temperaturas. Este processo usa ambas as substâncias: (B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) em estado sólido, o (BBr<sub>3</sub>) em estado líquido ou o (B<sub>2</sub>H<sub>6</sub> ou BF<sub>3</sub>) em estado gasoso. Como, depois de 1970 este processo foi substituído pela implantação de íons, onde começou a ser mais extensivamente usado a substância BF<sub>3</sub>.<ref>{{Cite book|pages = 51–54|title = Fundamentals of semiconductor manufacturing and process control|last = May|first = Gary S.|last2= Spanos|first2=Costas J.|publisher = John Wiley and Sons|year = 2006|isbn=0-471-78406-0}}</ref> O gás tricloreto de boro é também uma substância química importante na indústria de semicondutores, não no processo de dopagem, mas para o processamento de plasma para a produção de semicondutores de metais e seus óxidos.<ref>{{Cite book|pages = 39–60|title = Semiconductor industry: wafer fab exhaust management|first = J. Michael|last = Sherer|publisher = CRC Press|year = 2005|isbn = 1-57444-720-3}}</ref> O trietilborano é também injetado dentro de reatores para a [[deposição química em fase vapor]] como uma fonte de boro, sendo aplicados em filmes de carbono duros, filmes de nitreto de boro e silício e para a dopagem de filmes de diamante com boro .<ref>{{Cite book|page =44| title=Materials for information technology: devices, interconnects and packaging| author = Zschech, Ehrenfried; Whelan, Caroline and Mikolajick, Thomas | publisher =Birkhäuser| year = 2005| isbn = 1-85233-941-1}}</ref> |
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===Outras aplicações=== |
===Outras aplicações=== |
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* O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle e finalização da reação de fissão nuclear em cadeia , pois é exelente absorvente de nêutrons. |
* O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle e finalização da reação de fissão nuclear em cadeia , pois é exelente absorvente de nêutrons. |
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* O boro amorfo é usado em [[Foguete pirotécnico|fogos de artifício]] devido a coloração verde que produz.<ref> Eduardo Motta Alves Peixoto, BORO,Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc04/elemento.pdf , acessado no dia 5 de maio de 2014></ref> |
* O boro amorfo é usado em [[Foguete pirotécnico|fogos de artifício]] devido a coloração verde que produz.<ref> Eduardo Motta Alves Peixoto, BORO,Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc04/elemento.pdf , acessado no dia 5 de maio de 2014></ref> |
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* Também é aplicado seus compostos na fabricação de |
* Também é aplicado seus compostos na fabricação de medicamentos, germicidas e na metalurgia. <ref name="geologia"/> |
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Aparência | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
marrom, preto Pedaços de boro de 99,7% de pureza. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Informações gerais | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nome, símbolo, número | Boro, B, 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Série química | semimetal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo, período, bloco | 13 (IIIA), 2, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade, dureza | 2460 kg/m3, 9,3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedade atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa atómica | 10,811(7) u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio atómico (calculado) | 87 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 82 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio de Van der Waals | 192 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração electrónica | 1s2 2s2 2p1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons (por nível de energia) | 2, 3 (ver imagem) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado(s) de oxidação | 4, 3, 2, 1 (óxido ligeiramente ácido) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | tetragonal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado da matéria | sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 2348 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 4273 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpia de fusão | 50,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpia de vaporização | 489,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume molar | 4,85×10-6 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor | 0,348 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidade do som | 16200 m/s a 20 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diversos | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade (Pauling) | 2,04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor específico | 1026 J/(kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 27,4 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.º Potencial de ionização | 800,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.º Potencial de ionização | 2427,1 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.º Potencial de ionização | 3659,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
O boro é um elemento químico de símbolo B , número atômico 5 (5 prótons e 5 elétrons) com massa atómica 11 u. É um sólido na temperatura ambiente, classificado como semimetal ou metalóide, semicondutor, tri valente que existe abundantemente no mineral bórax.
Apresenta dois alótropos: boro amorfo que é um pó marrom e boro metálico, cristalino, que é negro.
A forma metálica é dura (9,3 na escala de Mohs) e é um mau condutor à temperatura ambiente. Não foi encontrado boro livre na natureza.
Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas especiais , como no âmbito aeroespacial.
O boro foi identificado como elemento químico por Jöns Jacob Berzelius em 1824.
Possui funções biológicas sendo encontrado em plantas e animais no qual modifica e possivelmente regula o metabolismo de minerais.[1]
História
O nome tem como origem a palavra árabe بورق buraq ou a persa بوره burah;[2] que são nomes comuns ao mineral bórax.[3] Seus compostos são conhecidos desde a Antiguidade tendo sido utilizados na China, Egito e Babilônia.[4] O bórax é encontrado nos desertos ocidentais do Tibete onde é conhecido como tincal. Vidros com bórax foram utilizados na China no século III e alguns destes objetos chegaram ao Ocidente, durante o qual o alquimista persa Jābir ibn Hayyān parece mencionar no século VII. Marco Polo trouxe outros objetos com bórax para a Itália durante o século XIII. Agricola, por volta de 1600, relatou o uso do bórax na metalurgia e em 1777 o ácido bórico foi reconhecido nas fontes termais próximas a Florença, Itália, e passou a ser conhecido como sal sedativum devido aos seus usos médicos. Um de seus minerais, a Sassolita o qual é encontrado perto de Sasso, Itália, que foi a principal mina de bórax de origem europeia de 1827 a 1872, quando as minas americanas e turcas substituiram os produtores de pequena escala.[4][5][6] Os compostos foram relativamente pouco usados na química até o final da década de 1800, quando a Pacific Coast Borax Company de Francis Marion Smith popularizou estes compostos em grandes quantidades e por preços baixos.[7]
O boro não foi reconhecido como um elemento até que fosse isolado por Sir Humphry Davy[8] e por Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard.[9] Em 1808 Davy observou que a corrente elétrica enviada a uma solução de boratos produzia um precipitado marrom em um dos eletrodos. Em experimentos subsequentes ele utilizou potássio para reduzir o ácido bórico ao invés da eletrólise. Ele então produziu boro o suficiente para confirmar um novo elemento que nomeou como boracium.[8] Gay-Lussac e Thénard usaram ferro para reduzir o ácido bórico em altas temperaturas. Eles demonstraram pela oxidação do boro com o ar que o ácido bórico é um produto desta reação.[9][10] Jöns Jakob Berzelius identificou o boro como um elemento em 1824 e [nota 1] o elemento puro pelo americano Ezekiel Weintraub em 1909.[12][13][14][4]
Abundância e obtenção
O boro é um elemento relativamente raro representando somente 0,001% da crosta terrestre com os depósitos comerciais estimados em aproximadamente dez milhões de toneladas.[15][16] sendo a Turquia, com 63% das reservas mundiais[17], e os Estados Unidos os maiores produtores.[18][19] O elemento não é encontrado na forma pura mas combinado com outros elementos como compostos, formando minerais. No solo, os principais depósitos são áreas de antigas formações vulcânicas no qual está presente na forma de boratos e em sistemas de água como oceanos e rios sua concentração é variável sendo da ordem de 4,5 micrograma por litro nos oceanos. Sua assimilação no solo depende de fatores como umidade, lixiviação e acidez, o que pode provocar a deficiência em plantas de regiões tropicais.[1]
O boro é acumulado através de três vias geológicas distintas: óxidos ou silicatos de ferro, óxidos de magnésio sedimentados de fontes marinhas e hidratos de cálcio e sódio acumulados em regiões continentais com atividade vulcânica e que são as mais importantes economicamente que são os minerais bórax ou tincal, kernita, ulexita e a colemanita.[4]O bórax é encontrado no Deserto de Mojave na Califórnia onde está localizada a maior mina a céu aberto do mundo e a maior produtora de bórax, que responde por quase a metade dos boratos mundiais.[20][21] Entretanto, os maiores depósitos conhecidos permanecem não aproveitados na Turquia Central e Ocidental, nas províncias de Eskişehir, Kütahya e Balıkesir.[22][23][24]
Existem mais de 150 compostos contendo boro, sendo os elementos mais comuns em combinações o Cálcio, Sódio e o Magnésio.[4] Fontes antropogênicas incluem a queima de carvão e o despejo em depósitos de lixo. Em vias aquáticas, o elemento pode ser encontrado em efluentes, principalmente em áreas onde seus compostos são utilizados em detergentes. As principais fontes de reciclagem são de fibras de vidro, vidrarias de borosilicato e cerâmicas.[1]
Características
Propriedades físicas
O boro é o quinto elemento da tabela periódica e o único semimetal do grupo III. [1]
O boro arde com chama verde e entre as características ópticas deste elemento, se incluí a transmissão de radiação infravermelha. Na temperatura ambiente sua condutividade elétrica é pequena, porém é bom condutor de eletricidade em temperaturas altas.
Este metaloide tem a maior resistência à tração entre os elementos químicos conhecidos; o material fundido com arco tem uma resistência mecânica entre 1600 e 2400 MPa.
O nitreto de boro é um isolante elétrico, porém conduz o calor tão bem quanto os metais. É empregado na obtenção de materiais tão duros quanto o diamante. O boro tem, também, qualidades lubrificantes similares ao grafite e, comporta-se como o carbono na capacidade de formar redes moleculares através de ligações covalentes estáveis.
Isótopos
Os principais isótopos são o 10B (19,9%) e 11B (80,1%) que são abundantes e estáveis possuindo reatividades diferentes que exploradas para entender a fisiologia de seres vivos e eventos geológicos. O 10B é utilizado como receptor de nêutrons em tratamentos de câncer em tumores cerebrais inoperáveis. As diferentes proporções de cada isótopo também são utilizadas [1][4]
Propriedades químicas
Sua configuração eletrônica possui hibridização sp² no qual os elétrons do orbital inferior 2s ocupam os orbitais 2px e 2py que resulta em uma configuração trigonal plana com ligações químicas de caráter covalente embora também possam ter uma configuração tetragonal. O elemento não ocorre na forma livre e normalmente nem ligado a outros elementos senão o oxigênio. Com este elemento, é possível que forme ligações em cadeia poliméricas a partir do BO3 que podem ter formatos variados.A química dos organoboranos tem papel biológico importante e são definidas por compostos contendo ligações B-O ou B-N com um ou mais átomos de oxigênio. Em animais, a forma inorgânica é basicamente o ácido bórico e sua forma básica B(OH)4- cujas proporções variam conforme pH funcionando como mecanismo regulador de atividades enzimáticas. As ligações covalentes de amino-boranos possivelmente também possuem papel biológico sob a forma de complexos, atuando no sítio ativo de enzimas.[1][4]
Aplicações
É observado que a maior importância econômica do boro está na produção do bórax e do ácido bórico, com diversas aplicações, com majoritária relevância na economia com a produção na indústria de papel e celulose e nos agroquímicos. [25][26]
Cerâmicas e vidrarias
O vidro borossilicato que é geralmente composto de 12–15% de B2O3, 80% de SiO2 e 2% de Al2O3 tem um baixo coeficiente de dilatação térmica dando a ele uma boa resistência ao calor. As principais marcas do vidro borossilicato são o Pyrex e o Duran, ambos aplicados na vidraria de laboratórios químicos e em utensílios de cozinha, graças a esta característica em contato com o calor.[27]
As fibras de boro são muito resistentes (cerca de 3600 MPa) e leves, utéis para a indústria aeroespacial para produção de estruturas de compósitos, como também para produtos esportivos (tacos de golfe) e em varas de pesca.[28][29] As fibras podem ser produzidas pela deposição química em fase vapor do boro em fibras de tungstênio.[18][30]
As fibras de boro e as molas cristalinas sub-milimétricas são produzidas via deposição química em fase vapor com laser. A translação do laser concentra na viga das ligas complexas estruturas helicais. Várias estruturas apresentam propriedades mecânicas excelentes, tendo um módulo de elasticidade de 450 GPa, o alongamento de 3.7% e a tensão de ruptura 17 GPa. Estas propriedades tornam convenientes as fibras de boro como aditivo na produção de cerâmicas ou em sistemas microeletromecânicos. [31]
Agentes alvejantes e detergentes
O bórax é utilizado em diversos produtos de lavagem e limpeza doméstica,[32] incluindo o aditivo de limpeza "20 Mule Team Borax" e o "Boraxo" como sabão para limpeza pesada. Ele também está presente em muitas fórmulas de creme dental para com o fim de promover o clareamento dos dentes .[26]
O perborato de sódio serve como um recurso de agente oxidante em muitos detergentes, sabão em pó, agentes de clareamento e em lixívias. Apesar do nome, "Borateem" é um sabão em pó que não quaisquer compostos de boro, utilizando um aduto de carbonato de sódio com peróxido de hidrogênio como um alvejante instantâneo.[33]
Inseticida
O ácido bórico é utilizado como um inseticida, reconhecido para matar baratas, cupins, formigas, pulgas e muitos outros insetos.[34]
Semicondutores
O boro é um dopante utilizado para muito tipos de semicondutores como o silício, germânio e o carbeto de silício. Tendo um eletron de valência a menos a receber em cada átomo, ele doa um buraco resultando em um semicondutor tipo P. O método tradicional de adicionar o boro dentro dos semicondutor é a partir da difusão atômica em altas temperaturas. Este processo usa ambas as substâncias: (B2O3) em estado sólido, o (BBr3) em estado líquido ou o (B2H6 ou BF3) em estado gasoso. Como, depois de 1970 este processo foi substituído pela implantação de íons, onde começou a ser mais extensivamente usado a substância BF3.[35] O gás tricloreto de boro é também uma substância química importante na indústria de semicondutores, não no processo de dopagem, mas para o processamento de plasma para a produção de semicondutores de metais e seus óxidos.[36] O trietilborano é também injetado dentro de reatores para a deposição química em fase vapor como uma fonte de boro, sendo aplicados em filmes de carbono duros, filmes de nitreto de boro e silício e para a dopagem de filmes de diamante com boro .[37]
Outras aplicações
- O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle e finalização da reação de fissão nuclear em cadeia , pois é exelente absorvente de nêutrons.
- O boro amorfo é usado em fogos de artifício devido a coloração verde que produz.[38]
- Também é aplicado seus compostos na fabricação de medicamentos, germicidas e na metalurgia. [4]
Papel biológico
O boro influencia a atividade de pelo menos 26 enzimas como inibidor ou moderador de caminhos metabólicos em plantas.[1] É um nutriente essencial às plantas, necessário para a manutenção das paredes celulares. Todavia, em concentrações superiores a > 1.0 ppm pode provocar a necrose em pontas e margens das folhas assim como um crescimento menor do que o esperado. Níveis tão baixos quanto 0.8 ppm podem causar os mesmos sintomas em plantas sensíveis ao boro no solo. Quase todas as plantas, mesmo aquelas que são tolerantes ao elemento, irão demonstrar alguns dos sintomas da toxidade quando a concentração no solo for superior a 1.8 ppm. Quando esta for superior a 2.0 ppm, poucas plantas conseguirão se desenvolver e podem não sobreviver. Nos tecidos das plantas, os sintomas surgem quando a concentração é superior a 200 ppm.[39][40][41]
O elemento tem importância biológica no sistema reprodutor, locomotor e imunológico em algumas espécies de animais e na retenção do mineral do Cálcio pelo corpo humano. Também está presente em funções de membrana celular, no qual prolongam a estrutura em ausência de água.[1]
Nutrição
Em alimentos, está distribuído de forma desigual sendo o consumo diário da ordem de 1 mg assim como para a água ingerida. O boro inorgânico não é absorvido no trato intestinal sendo excretado pelo sistema urinário e pesquisas com animais indicam a existência de um regulador fisiológico que expele qualquer excesso ingerido pela dieta alimentar.[1]
Toxicologia
A dose letal para humanos não foi estabelecida e sinais de intoxicação aguda incluem por exemplo náusea, vômito, dor de cabeça e hipotermia. Intoxicações crônicas podem incluir sintomas como, por exemplo, diminuição de apetite, peso e volume seminal. Os tratamentos variam de lavagens gástricas a diálises, quando a concentração no sangue é elevada.[1]
Notas
Referências
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