Атомы и электроны

Перрен брал кусочки резиновой смолы «гуммигута» (жёлтая краска) и растирал их рукой в воде, как растирают кусочек мыла. Гуммигут постепенно растворялся в воде, пока она не становилась ярко-жёлтого цвета. После этого Перрен брал немножко такой жидкости под микроскоп. Под микроскопом оказывалось, что гуммигут на самом деле совсем не растворился в воде, а распался на множество шаровидных мелких зёрнышек, которые разбрелись по всему объёму воды. Зёрнышки эти очень различны по размерам. А Перрену хотелось иметь такую жидкость, в которой были бы совершенно одинаковые по размерам частицы гуммигута. Для этого он воспользовался «центрифугой» (центробежной машиной), такой же, какой пользуются на крупных молочных фермах для отделения сливок от молока или же в медицинских лабораториях — для удаления кровяных шариков из крови, после чего остаётся однородная жидкость — кровяная сыворотка. Центрифуга Перрена делала 2500 оборотов в минуту, и возникающая при этом центробежная сила выбрасывала из жидкости зёрнышки гуммигута. Перпендикулярно к оси центрифуги были расположены стеклянные пробирки, в которых содержалась эмульсия гуммигута (так называется вода со взвешенными в ней частичками гуммигута). Центробежная сила, возникавшая при вращении центрифуги, была настолько велика, что на расстоянии 15 см от оси она превосходила силу тяжести в тысячу раз. Эта центробежная сила стремилась прижать частицы гуммигута ко дну пробирки, расположенному подальше от оси: частицы «выпадают» из эмульсии на дно пробирки под влиянием центробежной силы совершенно таким же образом, как грязь и муть выпадают из речной воды под влиянием силы тяжести, — разница лишь в том, что в опытах Перрена частицы выпадали не вниз, а вбок, в ту сторону, в которую действовала центробежная сила.

Первыми выпадали тяжёлые частицы, а вслед за ними и лёгкие. Это давало возможность отделить частицы друг от друга по массе (а значит, и по размерам, потому что все частицы сделаны из одного и того же материала, и поэтому, чем больше их масса, тем больше и размеры). Разумеется, разделение происходило не сразу, а постепенно: задумав получить однородную эмульсию с частицами какого-то совершенно определённого размера, Перрен сперва получил эмульсию, в которой частиц такого размера было больше, чем частиц других размеров, затем эту эмульсию он снова подвергал центрифугированию и выделял из неё часть, в которой процент частиц заданных размеров был ещё больше, и т. д., и т. д., пока, наконец, не получилась порция эмульсии, в которой были зёрнышки только нужных размеров. Это очень кропотливая и тяжёлая работа: приходится работать целый месяц для того, чтобы из одного килограмма гуммигута получить несколько десятых или даже сотых долей грамма круглых зёрен нужной величины. Перрен сумел получить несколько порций эмульсии с диаметром зёрен в 0,50; 0,46; 0,37; 0,21 и 0,14 микрона[9] (микрон — это тысячная доля миллиметра).

С помощью таких эмульсий Жан Перрен произвёл множество замечательных опытов, о которых мы здесь и расскажем.

Он поместил каплю эмульсии с определённым диаметром зёрен в плоскую ванночку (кюветку) с глубиной 0,1 мм. Кюветка была вслед за тем накрыта тонким покровным стёклышком, края которого были залиты парафином: таким образом капля оказалась размазанной в сосуде, в котором она герметически заперта, так что никакое испарение уже невозможно.

Перрен сперва поставил свою кюветку на бок и стал смотреть на неё в микроскоп. В поле зрения микроскопа оказалась тонкая вертикальная водяная стенка, внутри которой распределились зёрнышки гуммигута.

Рис. 3. Распределение зёрнышек гуммигута по высоте: а) рисунок воспроизводит фотографию, полученную Перреном в его лаборатории;

Рис. 3. Распределение зёрнышек гуммигута по высоте: б) рисунок составлен из пяти наложенных друг на друга фотографических снимков.

Распределение зёрнышек сперва было однородным (это произошло, как потом выяснилось, вследствие неизбежного встряхивания препарата при его установке под микроскоп), но потом, с течением времени, распределение изменилось и в конце концов стало таким: очень много зёрнышек внизу, а по мере продвижения вверх их становится всё меньше и меньше. Число зёрнышек в одном кубическом микроне уменьшается с увеличением высоты, и притом — по некоторому вполне определённому закону.