Inicialmente os químicos, mesmo Guy Lussac, que era conhecido por sua lei da razão de volume, não conseguiam explicar por que o volume do gás dos reagentes e produtos é uma razão simples de números inteiros. Isso porque, naquela época, os químicos consideravam as partículas de um elemento como átomos e as partículas subatômicas (elétrons, prótons, nêutrons) ainda não eram conhecidas. Este problema foi respondido em 1811, quando Amadeo Avogadro, um físico italiano expressou uma hipótese, que foi chamada de hipótese de Avogadro.
Com base na hipótese de Avogadro, afirma-se que as partículas de um elemento não precisam ser átomos independentes, mas podem ser uma combinação de vários dos mesmos átomos chamados de moléculas elementares.
Com base nisso, Avogadro apresentou uma hipótese que afirma que "à mesma temperatura e pressão, gases do mesmo volume contêm o mesmo número de moléculas."
Assim, pode-se concluir que a razão do volume das substâncias gasosas é a mesma que a razão do número de moléculas na reação ou que a razão do volume das substâncias gasosas é a razão dos coeficientes na equação de reação equivalente. Por exemplo, na formação de água, a proporção de volume de Guy Lussac é 2: 1: 2.
(Leia também: The Law of Fixed Comparison in Chemistry)
Os químicos não sabiam explicar, porque se os átomos estivessem sozinhos e fossem escritos usando uma equação de reação, a proporção do volume seria 2: 1: 1.
2H (g) + 1O (g) -> 1H 2 O (g)
Isso certamente não está de acordo com os experimentos realizados. Mas, usando a hipótese de Avogadro, isso pode ser explicado, porque na formação da água a proporção de cada molécula de hidrogênio, oxigênio e água é a mesma que a proporção de volume, que é 2: 1: 2. Então, o processo de formação de água pode ser escrito com a seguinte equação:
2H 2 (g) + O 2 (g) -> 2H 2 O (g)
No entanto, o coeficiente de 1 geralmente não é escrito, então a equação acima pode ser escrita:
2H 2 (g) + O 2 (g) -> 2H 2 O (g)
A lei de Avogadro diz que um mol de gás no estado STP ocupa um volume de 22,4 litros, enquanto um mol de gás tem 6,02 x 1023 partículas básicas (átomos ou moléculas) de uma substância. A lei de Avogadro aplica a relação:
volume de gás X / volume de gás y = número de moléculas de gás X / número de moléculas de gás y = coeficiente de gás x / coeficiente de gás y
Exemplo:
Em certas temperaturas e pressões, o gás H2 reage com o gás N 2 para formar o gás NH 3 com uma proporção de volume de 3: 1: 2. Se houver 7,525 x 1022 moléculas de gás hidrogênio reagindo, quantas moléculas de amônia serão formadas?
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De acordo com a lei de Avogadro, na mesma temperatura e pressão, gases do mesmo volume terão o mesmo número de moléculas.
H2 (g) + 3N2 (g) -> 2NH3 (g)
3 L 1 L 2L
A quantidade de NH 3 formado = 2VNH 3 / 3VH 2 = x / 7,52 x 1022
x = 5,02 x 1022 moléculas.
