密度の高い気体と低い気体

質問

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2280547で質問しているものです。質問内容と随分ずれてきたので改めて質問したいと思います。

重い気体（密度が高い気体）は軽い気体に対して沈むという現象は知っているのですが、どうしてそんなことが起こるのでしょうか？重い気体と軽い気体の境界面では何が起こっているのでしょうか？同じ圧力といっても実際は重力を考えると重い気体の下側の方が圧力が高くなっているなんてことは起こっていないでしょうか？

１．縦横高さともに３の立方体に体積１の重い気体と体積２６の軽い気体（１分子あたりの原子の数は一緒にしておきます。）を入れます。重い気体は上１／３の真ん中に位置し、両者は理想的な仕切で仕切られています。両者の圧力・温度とも同じとします。
２．同じ立方体に今度は体積９の重い気体と体積１８の軽い気体を入れます。今度も両者は理想的な仕切で仕切られており、圧力・温度とも同じです。

底面に重い気体に対する鋭敏なセンサーがあり、１分子でも重い気体が下に到達するとそれを探知します。

＃１と２とでどちらが早くセンサーが鳴りやすいでしょうか？
＃重い気体と軽い気体を入れ替えるとどうなるでしょうか？（センサーは軽い気体専用。）

質問内容が全然的はずれかも知れませんが、よろしくお願いします。

回答No.1

c80s3xxx

なかなかおもしろいですね．
まず，気体分子は通常の温度，圧力では激しく互いにぶつかり合っています．その結果，ある分子に着目したときに，まっすぐに飛べる距離というのは，たとえば常温常圧の空気なら，μmとかそんなもんです．そのくらい飛ぶと，別の分子にぶつかって方向が変わってしまう，ということです．
したがって，分子が拡散によって広がる速度は，分子自体の運動速度，常温常圧の空気なら 300m/s とかそんな程度ですが，それからみると桁違いに遅く，時間のかかる現象なわけです．
したがって，拡散が大きく問題にならない範囲では，気体は互いに混ざりあわない，水と油のような関係で存在していると考えてもいいことになります．ただし，実際に気体が動き始めると対流により撹拌がおこるため，ちょっと話が面倒にはなってくるでしょう．

ところで，質問で仮定された条件ですが，2は，上下を完全に隔てる仕切りがあるということになるので，全体では動かないということを意味するのでは? 下の気体が上に上がるための通路がないわけですから．

お礼

すみません。仕切りは気体を動かさないように取り除くというのをひとつ上の質問に付け加えています。こちらは削除をお願いしています。
よろしければお手数ですが上のほうに回答をお願いできますでしょうか？よろしくお願いします。

補足

この場をお借りして。
削除依頼は投稿直後にして、その後反応がないのでもう一度しております。が、削除していただけないようで、回答者の方にご迷惑をおかけする結果になり申し訳なく思います。