Какова химическая формула дыма? При каких условиях дым поднимается вверх, а при каких вниз? Почему?

Конкретную формулу не напишешь, смотря что и как горит …
Нефть – дым один, дрова – другой, а сигареты – третий …
Вверх – более горячий, вниз - когда охлаждается и от размера частичек зависит …
Прочитал – влажность, частичка – центр конденсации ,
оседает влага, и становится тяжелее …
( у Перельмана есть картинка с папиросой ...)
Дым — устойчивая дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газах. Дым — типичный аэрозоль с размерами твёрдых частиц от 10^(-7 )до 10^(-5) м.
Дым образуется, в частности, при сгорании горючих веществ, например в топках ТЭС и различных промышленных установок, при пожарах, особенно лесных. Такие дымы могут содержать крупные частицы несгоревшего топлива и золы, окислов металлов, сажи, смолы.

Можно, конечно, дать ф-лу дыма, если сделать его самому. Например, ф-лу дыма при соединении паров соляной к-ты и аммиачной воды (NH4Cl). Или горение фосфора (Р2О5).
А куда направится дым, во многом зависит от влажности воздуха. Аэрозоли дыма - хороший адсорбент влаги. При высокой влажности воздуха, золь насыщается водой и становится тяжелее воздуха. И т. д.

Дым - это смесь продуктов горения, не сгоревших частиц, зависит от того, что горит. Горячий дым имеет плотность меньше воздуха и поднимается вверх под действием Архимедовой силы.
Плотность холодного дыма больше воздуха, он опускается вниз.
Я. И. Перельман в "Занимательной физике" описал опыт с папиросой: дым от горящего табака поднимается вверх, тот же дым, выходящий из мундштука и остывший, опускается вниз.

Конечно же поведение дыма напрямую зависит от давления)) тоесть чем ниже атмосферное давление (масса воздуха) тем меньше подъемная сила для дыма. или Архимедова. заметьте что если один конец бумажной трубки вставить в какой нить сосуд изолированный от внешней среды а второй оставить снаружи и поджечь то дым горячий устремится в сосуд при этом будет падать вниз) курящие люди не раз проделыавали такой фокус с пачкой. а точнее с пленкой на ней)))))