По поводу Архимеда для отдельных молекул...
http://ufn.ru/ufn91/ufn91_11/Russian/r9111e.pdf"1. Введение. Постановка вопроса
В связи с общепринятой формулировкой закона Архимеда (... выталки-
вающая сила равна весу жидкости или газа в объеме, равном объему тела)
возникает несколько неожиданный вопрос: можно ли считать "телом, погру-
женным в жидкость (газ)", любую молекулу самой этой жидкости (газа)?
Этот вопрос является далеко не тривиальным. С одной стороны, хорошо из-
вестно, что закон Архимеда формулируется для макроскопических тел в ус-
ловиях, когда применима гидродинамика, и поэтому, казалось бы, не имеет
отношения к отдельным атомам и молекулам, но с другой — молекулу можно
рассматривать как физическое тело, обладающее некоторым конечным объ-
емом, и поэтому при наличии градиента давления на нее должна действовать
дополнительная "выталкивающая" сила. Проведенный ниже анализ показы-
вает, что это действительно так, что существует вполне строгое определение
силы Архимеда, действующей на отдельные молекулы вещества. Вместе с тем,
как будет ясно из дальнейшего, закон Архимеда для микрообъектов имеет
несколько иной смысл, чем в случае макроскопических тел. При этом выяв-
ляются границы применимости обычных представлений о законе Архимеда
и выясняются обстоятельства, которые необходимо учитывать при переходе
к достаточно малым телам."
.....
"Из соотношений (2.30) и (2.33) вытекает,
что наличие молекул второго типа влияет на распределение по высоте молекул
первого типа и обратно."
Т.е. теоретически чисто по Больцману - и легкие и тяжелые молекулы будут больше времени проводить внизу. Но легкие молекулы будут проводить в верхней части сосуда больше времени, чем там будут проводить тяжелые молекулы.
"Архимед" изменит это распределение в пользу увеличения концентрации лёгких (менее плотных) молекул вверху.
На практике - "До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли."