В 1845 г. английский учёный Майкл Фарадей получил золь золота — коллоидные частицы металла размером менее 0,1 мкм, взвешенные в воде. Плотность золота почти в 20 раз больше, чем воды, поэтому все частицы, даже самые мелкие, казалось бы, должны постепенно осесть на дне сосуда. Однако сам Фарадей за несколько лет наблюдений не обнаружил образования осадка. Более того, эти золи сохранились до сих пор и демонстрируются в Британском музее! Причина такой стабильности золей была найдена только спустя 70 лет после опыта Фарадея. Закон Архимеда, разумеется, справедлив и для коллоидов: под действием силы тяжести твёрдые частицы начинают оседать, и в нижней части сосуда их концентрация возрастает, а в верхней — уменьшается. Из-за разности концентраций тепловое движение частиц, или диффузия (от лат. diffusio — «распространение», «растекание»), приобретает направленный характер — снизу вверх. Так что в системе протекают два противоположно направленных процесса: седиментация (от лат. sedimentum — «оседание») и диффузия. Когда их скорости сравниваются, наступает динамическое равновесие. В результате достаточно малые частицы, активно участвующие в диффузии, в осадок не выпадают. Теорию седиментационно-диффузионного равновесия предложил и подтвердил экспериментально французский физик Жан Батист Перрен, награждённый за эту работу в 1926 г. Нобелевской премией по физике.
И всё же можно заставить осесть даже очень малые (менее 0,1 мкм) коллоидные частицы. Для этого используют центрифуги с большим числом оборотов — свыше 100 тыс. в минуту (они называются ультрацентрифугами). Центробежное ускорение, развиваемое в них, способно в сотни и тысячи раз превысить ускорение силы тяжести. В этих условиях диффузия уже не в силах противостоять седиментации.
Похожие статьи