濃度の異なる溶液が混ざりにくい理由

沈降速度の差を利用した密度勾配遠心法を用いる際、ショ糖やパーコールであらかじめ濃度ごとの層を作成してから遠心にかけますよね
この際、どうしてかき混ぜたりしない限りは混合せず、ちゃんと重層にできるのでしょうか？
小学校の理科で習う「濃度の異なる液体は混ざりにくい」ためだとは思うのですが、これはなぜでしょうか？液体の密度が異なるからですか？物質のモル濃度によって拡散の速度が異なる等何か物理化学的な原理があるのでしょうか？

恥ずかしながら物理化学が大の苦手で、こういった物理現象の仕組みをいまいち理解できていません。ご教授いただけると幸いです。

No.3 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/11/16 17:47

単純に太った奴は動作が重い。

尻が重いということ。
分子の存在は、アインシュタインとジャン・ペランによって実証されましたが、分子はさまざまな方向に衝突しては跳ね返り動き回っています。
　ある地点にいた分子が移動する---拡散していく速度はその質量に比例します。液体の場合は大きさにも依存する。

　定番の実験で---私は生徒に必ず見せるのですが
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HCl　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NH₃
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　太いガラス管の両端に、塩酸とアンモニア水に浸した綿を詰めてふたをすると、両端からそれぞれ、HClとNH₃の気体が拡散していきます。そして
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HCl　　　　　　　白煙　　　　　　　　　　　　　　NH₃
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←　　　　２　　　→←　　　　　　３　　　　　　　→
2:3　すなわち、17(アンモニアの分子量)：36.5(塩化水素の分子量)
の位置に、塩化アンモニウムの白い煙でできた壁ができる。

　ショ糖は分子量342と、水の18に比較してとても重たい。そのために拡散しにくい。

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/11/15 21:16

もしあなたが理系なら「濃度電池」をご存知でしょう、濃度の異なる溶液はギブスの自由エネルギーが異なり、それが混ざるときにはエネルギーを発生します。

極端な例が溶解熱で、水とエタノールを混ぜるとかなりの発熱が起き、溶解していた気体の泡が観測されます。では混ざると熱が発生するのになぜ混ざらないのか、になりますが、それはあなたが既に冒頭で答えています、密度、あるいは比重が異なるからです。この場合にもギブスの自由エネルギーが異なります。単純化して二種の液体の混合を考えてみると、界面が静的なら拡散以外に混合を促進する理由は無く、それだからこそ異様な密度を持つ第三物質は容易に最初の密度段階で自分と同じ密度の部分に落ち着きます。だから比較として巨大な量の第三成分を加えてしまうと、拡散では無く局部的で大きな運動が生じ、密度勾配は破壊されてしまいます。

No.1 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/11/14 23:05

>>濃度の異なる液体は混ざりにくい

マドラーでかき混ぜれば混ざりますよ！

言ってる事は、「放置している状態なら、濃度の異なる液体は混ざりにくい」です。

物質は溶媒と一体のなった溶液なので、比重の関係で、比重が大きい液体が比重の小さい液体の下に溜まるから、交じり合う機会が少ない。

だから、混ざらない。

例えば、巨大な地球をめぐる海流の動き。
大西洋では、メキシコ湾からの暖流が、北ヨーロッパまで、流れています。

この海流の最後は、グリーンランド沖でも冷やされて、氷になることで終わります。

海水は、凍るときに、塩分を水の結晶に取り込まない様にします。

この時、濃い海水ができます。濃い海水は、海底に沈んで行き、海底で海流を作ります。

この海底海流が、再び、水面に出でくるまでは、おおよそ千年かかります。

濃度の違う液体が混ざり合うには、長い時間が掛ります。