Der italienische Wissenschaftler Avogadro stellte die Hypothese auf, dass bei „idealen Gasen“ die Anzahl der Gaspartikel in jeder Probe gleich ist, wenn Druck (P), Volumen (V) und Temperatur (T) zweier Proben gleich sind das gleiche. Dies gilt unabhängig davon, ob das Gas aus Atomen oder aus Molekülen besteht. Die Beziehung gilt auch dann, wenn die verglichenen Proben von unterschiedlichen Gasen sind. Allein das Gesetz von Avogadro ist von begrenztem Wert, aber wenn es mit dem Boyle-Gesetz, dem Charles-Gesetz und dem Gay-Lussac-Gesetz gekoppelt wird, wird die wichtige ideale Gasgleichung abgeleitet.
Für zwei verschiedene Gase existieren die folgenden mathematischen Beziehungen: P1V1/T1=k1 und P2V2/T2=k2. Die Avogadro-Hypothese, heute besser bekannt als Avogadro-Gesetz, besagt, dass, wenn die linken Seiten der obigen Ausdrücke gleich sind, die Anzahl der Teilchen in beiden Fällen identisch ist. Die Anzahl der Partikel ist also gleich k mal einem anderen Wert, der vom spezifischen Gas abhängt. Dieser andere Wert beinhaltet die Masse der Partikel; das heißt, es hängt mit ihrem Molekulargewicht zusammen. Das Gesetz von Avogadro ermöglicht es, diese Eigenschaften in eine kompakte mathematische Form zu bringen.
Die Manipulation des Obigen führt zu einer idealen Gasgleichung mit der Form PV=nRT. Hier ist „R“ als ideale Gaskonstante definiert, während „n“ die Molzahl oder ein Vielfaches des Molekulargewichts (MW) des Gases in Gramm darstellt. Zum Beispiel beträgt 1.0 Gramm Wasserstoffgas – Formel H2, MW = 2.0 – 0.5 Mol. Wenn der Wert von P in Atmosphären mit V in Litern und T in Grad Kelvin angegeben wird, dann wird R in Liter-Atmosphären-pro-Mol-Grad Kelvin ausgedrückt. Obwohl der Ausdruck PV=nRT für viele Anwendungen nützlich ist, ist die Abweichung in einigen Fällen beträchtlich.
Die Schwierigkeit liegt in der Definition von Idealität; es erlegt Einschränkungen auf, die in der realen Welt nicht existieren können. Gaspartikel dürfen keine anziehenden oder abstoßenden Polaritäten besitzen – dies ist eine andere Art zu sagen, dass Kollisionen zwischen Partikeln elastisch sein müssen. Eine andere unrealistische Annahme ist, dass Partikel Punkte und ihr Volumen Null sein müssen. Viele dieser Abweichungen von der Idealität können durch die Einbeziehung mathematischer Begriffe, die eine physikalische Interpretation haben, ausgeglichen werden. Andere Abweichungen erfordern virale Begriffe, die leider keiner physikalischen Eigenschaft zufriedenstellend entsprechen; dies bringt das Gesetz von Avogadro nicht in Verruf.
Eine einfache Aktualisierung des idealen Gasgesetzes fügt zwei Parameter hinzu, „a“ und „b“. Es lautet (P+(n2a/V2))(V-nb)=nRT. Obwohl „a“ experimentell bestimmt werden muss, bezieht es sich auf die physikalische Eigenschaft der Teilchenwechselwirkung. Die Konstante „b“ bezieht sich ebenfalls auf eine physikalische Eigenschaft und berücksichtigt das ausgeschlossene Volumen.
Während physikalisch interpretierbare Modifikationen attraktiv sind, bietet die Verwendung von Virialexpansionstermen einzigartige Vorteile. Einer davon ist, dass sie verwendet werden können, um der Realität nahe zu kommen, was in einigen Fällen eine Erklärung des Verhaltens von Flüssigkeiten ermöglicht. Das ursprünglich nur auf die Gasphase angewendete Gesetz von Avogadro hat somit ein besseres Verständnis von mindestens einem kondensierten Aggregatzustand ermöglicht.