1樓：雲航
大氣既是分層的，也是不分層的，在100公里以下不分層，100公里以上分層。而在100km以下，N2-O2-Ar保持相同的比例78%-21%-1%，當然還有少數其它氣體。
2023年1月1日0點北京上空的空氣成分比例
大氣分層遵循著簡單而又複雜的規律，支配大氣分層的第一重規律是熱運動擴散和重力的平衡，其結果是氣體在豎直方向上滿足玻爾茲曼分布律：
很明顯起支配作用的是e指數上的具有長度量綱的乙個常數，我們將其稱為標高：
其中 顯然表示熱運動的動能，mg則表示重力作用，只有在標高H的尺度上，重力勢能才能和熱運動的動能相比，小於標高則重力作用不顯著，氣體在不同高度均勻分層，遠大於標高則熱運動作用不顯著，幾乎所有氣體都沉澱在最下層。
讓我們以氧分子O2（32g/mol）為例，計算地表附近（T=300K）的標高
為計算簡便，式中用了阿伏伽德羅常數進行替換
我們再計算500km高度（T=1000K）的氧分子的標高
再計算一下500km高度（T=1000K）的氧原子O（16g/mol）標高
很顯然，高度越高，氣體越輕，分層就越困難。在80km的尺度上，氧原子O的密度才能產生顯著的變化，而理論上，地面附近的氧氣只需要8km變化就很大了。
我們如果不計算相對比例，而是計算實際密度的話，可以更明顯的看出其差異。
在下圖中，地表附近的氧氣O2（橙線）密度的降低速度，要遠遠快於氧原子O（紅線）在500km的衰減速度。氫原子H（粉線）甚至在對數座標上也幾乎是一條豎線，即密度在200km以上幾乎沒有變化。
因原子重量的不同，導致標高不同，也就是擴散平衡差異，使較重的粒子在下方佔的比例更大，較輕的粒子在上方佔的比例更大，也就導致了大氣分層。
但如果我們仔細看圖，在成分圖中，100km以下各成分的比例非常穩定。在密度圖中，三種氣體成分按相同的速度衰減。他們之間的質量差異並未體現，似乎就是質量相同的三種粒子。
這是因為在地表有複雜的大氣湍流，地表隨著地球自轉，會週期性的被太陽加熱和自身散熱冷卻，再加上海陸熱力性質差異，以及複雜多變的氣旋，會讓100km以下的大氣運動非常複雜。
大氣湍流就像溶液裡的攪拌棒一樣，將不同氣體充分混合，表現出平均的運動效果，也就是不同成分的粒子都表現出整體的平均質量，並進行擴散，也就無法分層。
就像如果有人放屁，在空氣靜止的室內，即使很近也要過一會兒才能聞到，但如果在下風口，立刻就聞到了。大氣的巨集觀運動要遠遠強於不同分子擴散的差異。
但大氣湍流很難上公升到100km以上，原因尚不十分清楚。人們將此高度稱為湍流層頂（turbopause）。
在湍流層頂以下，由於湍流作用，大氣各成分比例溫度，被稱為均質層（homosphere）
在湍流層頂以上，重力和熱運動主導，大氣顯著分層，被稱為非均質層（heterosphere）
如果再仔細看圖，你還會發現N/H/O三種原子並沒有按玻爾茲曼分布延續到100km，而是早早的消失了，不然他們應該在地表附近也存在不少。
這點就很簡單了，因為地表附近這三種原子都不能穩定存在，必然會通過化學反應變成O2/H2/H2O/NO/N2等等物質，但在高溫稀薄的高層大氣，這些成分就可以穩定存在了。
至此我們了解了四種主導大氣成分的因素：
1.無處不在的重力使物質傾向於聚集在地表
2.分子熱運動引起的擴散使物質分布均勻
3.大氣湍流的巨集觀運動使不同物質充分混合
4.化學反應消滅掉不能穩定存在的成分
當然還有其它因素，比如各元素的豐度比例等，就涉及宇宙演化、地球演化、生物演化的複雜過程了。
除了大氣分層以外，題主還有一些問題，在此簡要回答：
為什麼油水之間可以分層
因為油水不互溶，水分子直接可以通過氫鍵抱團，油分子也能抱團，但不能互相抱團，因此就像男生女生一樣，各自聚成一團。這甚至和密度無關，即使密度一樣也能抱團。
硫酸銅溶液……完全不能分層
硫酸銅可以溶於水，硫酸根和銅離子都能和水結合，因此在溶液中的是水分子-水合銅離子-水合硫酸根離子，這三種離子要想分離可以參考前面計算的標高，即使完全靜止也得有幾百公尺高的溶液才可能分離，這種壓強差足以影響液體密度和溶解度了，而且還有分子間作用力的影響，上面的公式甚至不適用。
不過海洋有所謂的「溫鹽環流[2]」，這可以作為成分差異的一種樣例。
另外水和酒精是可以以任意比例互溶的，但也受氫鍵影響，雖然不好分析，但尺度肯定需要拉大，至少拉大到上層水和下層水出現顯著的密度差異。
空氣中的粉塵有的可以分層有的不可以
這個可以用標高解釋，質量大的標高小，隨高度衰減快，容易分層，質量小的不容易分層。
由於湍流會影響這個過程，定量的分析很難。
但已知的是pm10可以有效沉降（分層），pm2.5就不行，pm10要比pm2.5重。
我們可以簡單的認為，比pm10大的幾乎都會沉降，比pm2.5小的都不會。
2樓：EnalsWorld
因為我們的原子模型理論有問題，所以題主才會問出這樣的問題。
在人們的印象中，原子核應當是靜止的，或者至少沒有理論說原子核是運動的，物理學家們經常說原子運動，分子運動，但沒有物理學家說原子核是運動的。
實際上：
1:電子是粒子。並且動量大小是乙個範圍值。任何可以圍繞其他粒子運動的粒子都可以歸入電子的範疇。
2:原子核是粒子。並且原子核的動量大小是乙個範圍值。任何可以束縛其他粒子圍繞自己運動的粒子都可以歸入原子核的範疇。
當然有的粒子可以同時是電子和原子核。比如地球。地球圍繞太陽運轉，所以地球此時的身份是電子；但月亮也在圍繞地球運轉，所以此時地球也是原子核。
因此，原子核的動量大小不是零，或者說絕大多數原子核的動量大小不是零。
也就是說，不管原子核有沒有束縛電子圍繞他運動，原子核本身都在運動。
原子核的質量越小，其速度越快。所有的空氣分子中的原子核都是運動的，並且可能速度非常的快。
正常情況下空氣分子因為本身的速度，他不能保持靜止，但因為空氣分子的運動是無序的，所以空氣分子會向各個方向運動，直到他撞擊到其他粒子，反向才會改變。
所以空氣分子中原子核本身的運動才是不分層的根本原因。
3樓：王若楓
這種不斷地進行上下運動，疊加著水平運動，區域性還經常有圓周運動的大氣圈，不可能靜止下來讓你分層啊。
一杯含有泥沙的渾濁的水，只有靜置後才會分層，你不斷地攪動它，它是分不開層的。
4樓：
分子量差別不大（28和32），密度接近。所以密度差造成的分層不是分布的主要因素，大氣運動造成的擾動成為主要因素。
反例是氫氣和氦氣，為啥地球上的氦礦只能儲存在地下，而氫礦以氧化物的形式儲存呀（反例是火星上的水分解為氫氧後乙個逸散到宇宙乙個結合成氧化鐵儲存在地表）？因為密度差太大，大氣運動不再是主要因素。
以你舉的油水為例，如果油中加入油溶性染色劑，再不斷攪拌或者加熱至沸騰，是不是明顯看出分層也消失了？
5樓：高堡名人
有輕有重，跟分不分層沒有關係。
如果兩種物體互相排斥，就會分開，分開後如果碰巧有重力那麼就會乙個在上乙個在下，也就是分層。
如果兩種物體的分子之間沒有任何相互作用，那麼最終結果就是它們單獨存在時的疊加。在有彈性、有重力的情況下，乙個厚一點，乙個薄一點，你可以說它們沒分層，也可以說分層了。
6樓：一念永恆
如果氧氣比氮氣密度大很多，而且無風情況下，是可以分層的。
我就見過不止一次，黃綠色的氯氣貼在地面上，隨後被風吹散。
但是氯氣的分子量是71，是氧氣兩倍還多，而且帶顏色。
氧氣分子量非常接近氮氣，僅僅重一點，靠分子熱運動就足以混在一起了，更別說還有風。
當然，理論上是會有氧氣和氮氣分層的可能性，只是概率太低。
道爾頓不是說過嘛：「即使看見女王雕像揮手，那也是恰巧分子朝乙個方向運動」
7樓：Dr Dai
輕和重->密度大小，不是分層的條件，而是如果能夠分層時的判斷其相對位置。
最經典的誤導是：油比水輕，分層了，浮在水面上。乍一看字面意思和題目類似。反例：酒精（乙醇）密度也比水小，為什麼沒有分層而是均勻混合了。
8樓：松鼠餓了
我們單位的發電機是氫氣冷卻的
所以檢修時常需要用二氧化碳去置換氫氣
我也經常想，容器高處的二氧化碳濃度會不會小於低處的，還是應該普遍是均勻分布的？
後來我自己想明白了這個問題
其實很簡單，這個氣體分子無非受到重力和分子間作用力影響
理論上不考慮重力，化學反應，和分子間作用力的各向異性之類的話，本來確實這些氣體分子應該確實是均勻分布的
但是有重力存在的話，這一點在垂直方向分量上會略有區別，我們知道向上扔乙個小球，具體可以扔到多高，忽略空氣阻力的話只和初速度有關。。。
又因為牛頓第二定律，假如受到同樣的力，質量輕的小球容易獲得更大的加速度，因此也容易獲得更大的速度。。。（也可以用動量來解釋）
因此，雖然分子運動是隨機過程，但是考慮重力的情形下，所有的垂直向上的運動分量，質量較輕的分子，普遍可以獲得更快的初速度，因此普遍比較容易被「拋」到更高的地方。。。
所以拋開其他一切因素，比如對流啊什麼的，僅考慮這一項，確實存在比較高的地方分子普遍較輕的情形，而較輕的氣體分子也更容易逸散到太空去（達到第二宇宙速度）
但是這遠遠達不到分層的效果，只能說在重力影響下，高處出現輕氣體分子的概率更大些。。。而總體來說，所有氣體分子的運動仍是比較隨機的。。。
9樓：形式
高中化學物理知識水平。
感覺這玩意就像溶液中的HCO3和CO3情況類似，運動但是會動態平衡，至於平衡的值就要算了（反正我不會）在不同條件下兩者濃度比例會逐漸變化。反正自然不會非黑即白總有乙個漸變過渡的過程
10樓：寧靜
分層之後形成的體系熵會減少，因為系統變得更有序（注意，固體小顆粒例如濁液、粉塵什麼的分層後熵是增加的）。但是否分層取決於deltaG=deltaH-TdeltaS是否小於0。分層後deltaS小於零，因此公升高溫度使得-TdeltaS變得更正，更加的不可自發。
11樓：瞻雲
空氣不分層的最大原因，在於分子的熱運動，對流反而是很小的因素。
何況單純的對流，也不足以解釋空氣為何混合得如此均勻。
為了方便計算，我們假設乙份特殊的空氣中，排出了其它的氣體，只剩下氧氣和氮氣。
也即，閹割後的空氣成分為：氧氮比為7：26的混合氣體。
對於地表1立方公尺的閹割空氣，理論上，更重的氧氣會因為重力而下沉，氮氣會上公升。
這也是題主理所當然，認為空氣會分層的原因。
完全混合的1立方公尺氮氧分開，氮氣的勢能增加為：
分開後，氮氣厚度為： ，即，0.61m
氮氣密度1.25g/L
求得：雖然氧氣和氮氣混合，整體上是自發熵增的。
但主要熵增在氧氣上，對於氮氣來說，它的勢能增加，是乙個熵減的過程。
混合後，氮氣的熵減為：
等常溫狀態下，氮氣的能量變化：
氮氣完全分層獲的重力勢能，遠遠低於氮氧混合自發熵增時，氮氣損失的能量。
由於常規氣體之間的密度差異相對不大，勢能都遠低於自發熵變。
所以，我們可以得出這樣的通論：
常規氣體，常溫常壓下，哪怕不受對流的影響，各成分也基本不會分離。
當然，隨著氣體密度的公升高，達到一定地步之後，分成就會逐漸明顯。高緻密性又不液化，通常需要高溫高壓。
想要通過降溫又不液化，物理分離氣體幾乎不可能。
空氣分子的這個狀態，其實也可以用吉布斯自由能進行解釋。
對於不受重力影響的氮氧混合氣體，它們會隨著分子熱運動，不斷混合，最後達到均勻的地步。
這實際就是熵增的方向，分子秩序從有序變成無序而混亂。
空氣狀態，可以用吉布斯自由能表達：
G = H TS
H為焓，S為熵。
焓的定義是內能+理想氣體狀態方程，即，H=U+PV
空氣成分下沉過程中，發生焓變和熵變。
ΔG = ΔH TΔS
在地球上大氣並非乙個孤立系統，自身的溫度總是和地球保持一致，可以認為是乙個等溫過程。根據理想氣體方程：PV=nRT，恆溫時，PV不變。
那麼對於我們的空氣來說，可以簡化成：ΔG =ΔU TΔS
由於空氣重力勢能，遠遠低於分子之間的熱量變化，ΔG無限接近 TΔS。
所以，空氣的分子狀態，總是無限接近自發熵增的完全混合狀態。
其實，哪怕不考慮自發熵增，氮氧也是不可能完全混合的。
假設混合的氮氧氣體完全分開，氧氣全部處於最下層，氮氣處於最上層。
那麼，重力勢能的變化為：
查證標準大氣壓氧氣密度1.43g/L，氮氣密度1.25g/L。
計算得：
這是乙個負值，說明氧氣完全下降的總重力勢能降低，小於氮氣上公升時的重力勢能增加。
那麼，氮氧中間必然有一部分處於混合狀態。
我們假設，靜置後的氣體從上到下，分成三部分：
氮氣、均勻混合氣體、氧氣。
那麼，可以求得：
氮氣厚度約為：0.42m
均勻混合氣體厚度約為：0.45m
氧氣厚度約為：0.13m
也就是說，哪怕完全不考慮自發熵增，靜止的空氣，也至少有50%左右的成分處於混合狀態。
總的來說，大氣不分層的最根本原因，還是各成分的密度太低，分子熱運動又太高了……
氧氣重量比空氣重 為什麼井下空氣中氧氣含量低於地面？
DeemoMisaka 二氧化碳的相對分子質量比氧氣大 44 32 而且井內基本上都沒有人活動，空氣不太流通，全靠自然。久而久之二氧化碳就沉積到井下去了，氧氣含量自然而然就低於地面了。同時氧氣會和很多物質反應，不像二氧化碳一樣。井下也沒有植物，不能把二氧化碳轉化為氧氣，所以二氧化碳含量就會很高。 z...
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