Le scientifique italien Avogadro a émis l’hypothèse que, dans le cas des gaz idéaux, si la pression (P), le volume (V) et la température (T) de deux échantillons sont les mêmes, alors le nombre de particules de gaz dans chaque échantillon est également le même. Ceci est vrai que le gaz soit constitué d’atomes ou de molécules. La relation est valable même si les échantillons comparés sont de gaz différents. Seule, la loi d’Avogadro a une valeur limitée, mais si elle est couplée avec la loi de Boyle, la loi de Charles et la loi de Gay-Lussac, l’importante équation des gaz parfaits est dérivée.
Pour deux gaz différents, les relations mathématiques suivantes existent : P1V1/T1=k1 et P2V2/T2=k2. L’hypothèse d’Avogadro, mieux connue aujourd’hui sous le nom de loi d’Avogadro, indique que si les membres de gauche des expressions ci-dessus sont les mêmes, le nombre de particules dans les deux cas est identique. Ainsi, le nombre de particules est égal à k fois une autre valeur dépendant du gaz spécifique. Cette autre valeur intègre la masse des particules ; c’est-à-dire qu’elle est liée à leur poids moléculaire. La loi d’Avogadro permet de mettre ces caractéristiques sous une forme mathématique compacte.
La manipulation de ce qui précède conduit à une équation de gaz parfait de la forme PV=nRT. Ici, R est défini comme la constante du gaz idéal, tandis que n représente le nombre de moles, ou multiples du poids moléculaire (MW) du gaz, en grammes. Par exemple, 1.0 gramme d’hydrogène gazeux – formule H2, MW = 2.0 – équivaut à 0.5 mole. Si la valeur de P est donnée en atmosphères avec V en litres et T en degrés Kelvin, alors R est exprimé en litre-atmosphères-par-mole-degré Kelvin. Bien que l’expression PV=nRT soit utile pour de nombreuses applications, dans certains cas, l’écart est considérable.
La difficulté réside dans la définition de l’idéalité ; il impose des restrictions qui ne peuvent pas exister dans le monde réel. Les particules de gaz ne doivent pas posséder de polarités attractives ou répulsives – c’est une autre façon de dire que les collisions entre particules doivent être élastiques. Une autre hypothèse irréaliste est que les particules doivent être des points et leurs volumes, zéro. Beaucoup de ces écarts par rapport à l’idéalité peuvent être compensés par l’inclusion de termes mathématiques qui portent une interprétation physique. D’autres déviations nécessitent des termes viraux, qui, malheureusement, ne correspondent de manière satisfaisante à aucune propriété physique ; cela ne jette aucun discrédit sur la loi d’Avogadro.
Une simple mise à jour de la loi des gaz parfaits ajoute deux paramètres, a et b. Il lit (P+(n2a/V2))(V-nb)=nRT. Bien que a doive être déterminé expérimentalement, il se rapporte à la propriété physique de l’interaction des particules. La constante b se rapporte également à une propriété physique et prend en considération le volume exclu.
Bien que les modifications physiquement interprétables soient attrayantes, l’utilisation de termes d’expansion virale présente des avantages uniques. L’un d’eux est qu’ils peuvent être utilisés pour correspondre étroitement à la réalité, permettant dans certains cas d’expliquer le comportement des liquides. La loi d’Avogadro, appliquée à l’origine à la seule phase gazeuse, a ainsi permis de mieux comprendre au moins un état condensé de la matière.