С исследования осмотических явлений начался один из самых плодотворных периодов научной деятельности Грэма. В 1855 году ему предложили перейти на работу в лабораторию Государственного монетного двора. Грэм с радостью принял это предложение, так как профессорская деятельность отвлекала его от проведения научных исследований, а членство в ряде правительственных комиссий отнимало значительную часть драгоценного времени.

Работа в лаборатории Монетного двора была сравнительно спокойной, и ученый получил возможность посвятить свое время науке. В лаборатории он находил радость и смысл всей своей жизни. Даже дома после трудового дня он мысленно возвращался в лабораторию, к опытам, к неизвестному, которое ждало своего открытия.

Изучение осмотических явлений встречало большие трудности. Ученому никак не удавалось установить взаимосвязь между высотой поднимавшегося столбика жидкости и концентрацией растворенного вещества. Грэм провел десятки, сотни, тысячи опытов, но все оказалось напрасным. Законы осмотического давления суждено было открыть Вильгельму Пфефферу лишь через 20 лет.

Прошло пять лет с тех пор, как Грэм начал работать в лаборатории Монетного двора. Он следил за достижениями ученых не только Англии, но и всего мира. Растворы изучали многие. Интересные открытия в этой области сделал Майкл Фарадей. Распыляя порошок металла в воде, он получил очень тонкие взвеси, сохранявшиеся длительное время. Эти «растворы» были очень похожи по свойствам на растворы кремневой кислоты, которые Грэм изучал вместе с молодым ассистентом Уильямом Остином. Томас Грэм не обзавелся в свое время семьей, и потому ничто не мешало ему задерживаться в лаборатории вместе с Остином до поздней ночи.

Грэм и Остин провели ряд исследований, на основе которых Грэм создал совершенно новую теорию веществ. В результате своих опытов они установили, что некоторые вещества образуют исключительно стойкие растворы. Если такой раствор подвергнуть испарению и потом охладить, растворенное вещество выделится в виде кристаллов. Словом, такие вещества очень легко кристаллизуются. Другая группа веществ, как установили ученые, образует нестойкие растворы, которые легко коагулируют, и растворенное вещество осаждается в виде студенистого осадка или тонкого порошка. Несмотря на все усилия, им не удалось получить кристаллы веществ второй группы. Приняв, что свойство кристаллизоваться заключено в самой сущности веществ, Грэм разделил их на две группы: первые (легко образующие кристаллы) он назвал кристаллоидами, вторые (не образующие кристаллов) –. коллоидами.

Растворы. коллоидных веществ обладали и другим важным свойством: при охлаждении они постепенно сгущались и превращались в студнеобразную массу – гель. При нагревании гель снова превращался в жидкость – золь. Изучая Диффузию растворов, Грэм установил, что коллоидные растворы не могут переходить через перегородку, а кристалловидные – переходят. Он сразу же использовал это свойство для получения совершенно чистых коллоидных веществ. С этой целью Грэм наливал коллоидный раствор в широкое блюдо, дно которого было выполнено в виде полупроницаемой мембраны. Опущенное в ванну с чистой водой, блюдо плавало по ее поверхности наподобие лодки. Все соли, растворенные в коллоидном растворе, проникали через перегородку в чистую воду, а в блюде оставались лишь коллоидные части­цы. После того как воду меняли несколько раз, в блюде оста­вался совершенно чистый коллоидный раствор, из которого можно было выделить и само вещество. Таким образом Грэму удалось получить очень чистые окись кремния, гидроокиси железа, алюминия и хрома, прусскую синь, оловянную, титановую, вольфрамовую и молибденовую кислоты. Некоторые из этих веществ (например, окись кремния) встречаются в природе в кристаллическом состоянии. Эти исследования Грэма способствовали формированию воззрений, развитых впоследствии другими авторами. Согласно этим воззрениям, коллоидное состояние является свойством всех веществ, но в определенных условиях.

Одновременно с изучением коллоидных растворов Грэм по-прежнему занимался газами. Причиной этому послужило открытие французского химика Анри Сент-Клер Девилля. Грэм не раз перечитывал сенсационную статью ученого.

– Остин, идите-ка сюда. Вот почитайте. Какое замечательное открытие! – Он протянул журнал ассистенту. – Опять о прохождении газов через полупроницаемые перегородки.

Остин, взглянув на заголовок, воскликнул:

Но здесь речь идет о платине. Разве платина пористая?

Уникальное открытие. Надо немедленно все проверить.

Но у нас нет аппаратуры Девилля.

А мы поступим по-иному. Когда-то, лет сорок назад, я начал изучать диффузию газов и для этой цели мне служила одна-единственная стеклянная трубка. Теперь мы возьмем платиновую трубку. Плотно закупорив ее с одного конца, выкачаем из нее воздух и поместим в атмосферу водорода; если то, о чем пишет Девилль, верно, через некоторое время внутри трубки должен накопиться водород.