地球大气层中没有游离的氦气和氢气，只有氮气（78%）、氧气（21%）、氩气（0,90%）、二氧化碳等。金星大气层几乎完全由二氧化碳（CO₂）组成。木星大气层中含有大量的游离氦气和氢气。月球没有大气层。为什么每个行星的大气层类型都不同？为什么地球大气层中没有游离的氦气和氢气？
均方根速度
均方根速度 = 均方根 = v rms。我们可以通过将温度方程和动能方程转化为平动方程来推导出 v rms方程。
信息：
v rms = 均方根速度或速率 (m/s)
k = 玻尔兹曼常数 n (k = 1,38 x 10 ‐23 J/K)
T = 绝对温度（K = 开尔文）
m = 质量（千克）
信息：
v rms = 均方根速度或速率 (m/s)
R = 通用气体常数（R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K）
NA = 每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数（NA = 6,02 x 10 23 /mol = 6,02 x 10 26 /kmol）
T = 温度（K）
M = 分子量 = 摩尔质量（kg/kmol 或 g/mol）
上述推导出的 v rms 是气体分子的平均速度。有些分子的速度大于 v rms，而有些分子的速度小于 v rms。1859 年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（1831–1879）从理论上发现了气体分子速度的分布。麦克斯韦分子速度分布源于分子运动论，因此对于理想气体分子而言更为精确。麦克斯韦分子速度分布如下图所示。
1920年，几位科学家进行了实验，研究真实气体分子的速度分布。结果表明，实验中发现的真实气体分子的速度分布与麦克斯韦的发现完全一致。
当气体密度足够高时，实验测得的实际气体分子速度分布与麦克斯韦推导出的理论速度分布不符。因此，基于牛顿力学气体动力学理论的麦克斯韦分布存在局限性。高密度下气体分子的速度分布可以用量子力学原理来解释。
通过实验获得的实际气体分子速率分布如下图所示。
该图显示了两种不同温度下真实气体分子的速度分布。通过该实验获得的分子速度分布图符合上述均方根速度 (v<sub>rms</sub>) 方程（v<sub>rms</sub> 与温度成正比）。由于 v<sub>rms</sub> 与温度成正比，因此当温度升高 (T) 时，分子速度也会升高。2），分子反应速率分布曲线进一步向右移动（均方根速率v<sub>rms</sub>增大）。活化能（EA）是化学反应发生所需的最小动能。
从上图可以看出，温度越高，具有大于活化能（EA）的动能的分子就越多。这就是为什么温度越高，化学反应速度越快的原因。温度越高，分子的动能就越大。由于分子具有较高的动能，当它们碰撞时，更容易结合在一起。
例题1：
确定温度为 20 摄氏度时空气中氮分子 (N₂)的均方根速度 (rms v)。（氮的分子量 = 28 克/摩尔 = 28 千克/千摩尔）
讨论
k = 1,38 × 10⁻²³ J/K = 1,38 × 10⁻²³ (kg m² / s² ) /K
T = 20 ° C + 273 = 293 K
N₂的摩尔质量或分子量（M）= 2 × 14 u = 2 × 14 克/摩尔 = 28 克/摩尔 = 28 千克/千摩尔（N 的原子质量 = 14 u。参见元素周期表）
每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数 (NA) = 6,02 × 10²³ /mol = 6,02 × 10²⁶ /kmol
氮的质量 (m) = ?
氮气均方根速率 (v rms) = ？
例题2：
求温度为 20摄氏度时空气中氦气 (He) 的均方根速度……（氦气的分子量 = 4 克/摩尔 = 4 千克/千摩尔）
讨论
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 ℃ + 273 = 293K
氦的摩尔质量/分子质量 (M) = 4 u = 4 克/摩尔 = 4 千克/千摩尔（氦的原子质量 = 4 u。参见元素周期表）
每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数 (NA) = 6,02 × 10²³ /mol = 6,02 × 10²⁶ /kmol
氦的质量 (m) = ?
RMS速率He（v rms）= ?
例题3：
求温度为 20 摄氏度时空气中氢气 (H₂)的均方根速度……（氢气的分子量 = 2 克/摩尔 = 4 千克/千摩尔）
讨论
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 ℃ + 273 = 293K
氢的摩尔质量/M 氢的分子量 (M) = 2 × 1 u = 2 u = 2 克/摩尔 = 2 千克/千摩尔（氢的原子质量 = 1 u。参见元素周期表）
每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数 (NA) = 6,02 × 10²³ / mol = 6,02 × 10²⁶ /kmol
H₂的质量(m) = ?
H₂的均方根速率（v rms）= ？
例题4：
确定温度为 20摄氏度时空气中氧分子 (O₂)的均方根速率。 （ O₂的分子量= 32 克/摩尔 = 44 千克/千摩尔）
讨论
k = 1,38 x 10 ‐23 J/K
T = 20 ℃ + 273 = 293K
氧的摩尔质量/分子质量 (M) = 2 × 16 u = 32 u = 32 克/摩尔 = 32 千克/千摩尔（氧的原子质量 = 16 u。参见元素周期表）
每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数 (NA) = 6,02 × 10²³ /mol = 6,02 × 10²⁶ /kmol
O₂的质量(m) = ?
H₂的均方根速率（v rms）= ？
例题5：
确定温度为 20 摄氏度时空气中二氧化碳( CO₂ )分子的均方根速率。（ CO₂的分子量= 44 克/摩尔 = 44 千克/千摩尔）
讨论
k = 1,38 × 10⁻²³ J/K = 1,38 × 10⁻²³ (kg m² / s² ) /K
T = 30 ℃ + 273 = 293K
二氧化碳的摩尔质量/分子量(M) = 12 u + (2 × 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 克/摩尔 = 44 千克/千摩尔（碳的原子质量为 12 u，氧的原子质量为 16 u。参见元素周期表）
每摩尔分子数 = 阿伏伽德罗常数 (NA ) = 6,02 × 10²³ /mol = 6,02 × 10²⁶ /kmol
二氧化碳的质量(m) = ？
CO₂均方根速率（vrms）= ？
某些类型气体的均方根粘度
现在让我们比较几种气体的均方根速度：
氢气 (H₂) 的均方根速度= 1917 米/秒 = 1,92 公里/秒（温度为 20摄氏度）
氦气（He）的均方根速度 v rms = 1355,7 米/秒 = 1,36 公里/秒（温度为 20摄氏度）
v rms 氮气 (N 2 ) = 510,75 米/秒 = 0,51 公里/秒（温度为 20摄氏度）
氧气 ( O₂ )的均方根速度= 478,4 米/秒 = 0,48 公里/秒（温度为 20摄氏度时）
二氧化碳（CO₂）均方根速度= 407,6 米/秒 = 0,41 公里/秒（温度为 20摄氏度时）
均方根速度最高的气体是氢气，最低的是二氧化碳。现在，请将此速度与地球表面的逃逸速度（逃逸速度 = 11,2 公里/秒）进行比较。逃逸速度是指物体摆脱地球引力场所需的最小速度。
如果气体分子的均方根速度 (v rms) 仅为逃逸速度的 1/6 (1/6 × 11,2 km/s = 1,86 km/s)，那么有很多气体分子的速度大于逃逸速度（回想一下前面解释的分子速度分布）。在 20 ° C 的温度下，氢气的均方根速度 (v rms) 为 1,92 km/s（> 1,86 km/s）。同时，在 20 ° C 的温度下，氦气的均方根速度 (v rms) 为 1,36 km/h（接近 1,86 km/s）。这是在 20 ° C的温度下测得的。
温度越高，均方根值越高。均方根值越高，逃逸地球引力场的可能性就越大。这就是地球大气层中不存在游离氦和氢的原因。
行星的逃逸速度和气体分子的均方根速度决定了行星或卫星的大气层类型。金星的逃逸速度为10,3公里/秒。二氧化碳的均方根速度非常小，因此很难逃逸出金星的大气层。而木星的逃逸速度高达60公里/秒，这主要是由于木星直径巨大。因此，氢和氦无法逃脱木星的引力场。
