En 1808, Gay-Lussac publicó que los gases reaccionan entre sí combinándose y obteniéndose volúmenes en proporción a números enteros pequeños. La explicación que se propuso era que volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen números iguales de átomos.
La relación entre la cantidad de un gas y su volumen se deduce de los trabajos de Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1823) y Amadeo Avogadro (1776-1856). El trabajo del científico italiano Amadeo Avogadro complementó los estudios de Boyle, Charles y Gay-Lussac. En 1811 Amadeo Avogadro publicó una hipótesis en donde estableció que a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen el mismo número de moléculas (o átomos si el gas es monoatómico). De ahí que el volumen de cualquier gas debe ser proporcional al número de moles de moléculas presentes.
La hipótesis de Avogadro puede enunciarse de dos maneras :
1. Volúmenes iguales de gases distintos, comparados en las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas.
2. Números iguales de moléculas de gases distintos, comparados en las mismas condiciones de temperatura y presión, ocupan volúmenes iguales.
A partir de la hipótesis de Avogadro se deduce otra relación, conocida como Ley de Avogadro, cuyo enunciado es :
El volumen de un gas mantenido a temperatura y presión constantes es directamente proporcional al número de moles del gas.
Matemáticamente, la Ley de Avogadro se puede expresar de la siguiente manera :
Así, un aumento al doble del número de moles de gas hará que el volumen se duplique, si T y P permanecen constantes.
Por lo tanto cuando dos gases reaccionan entre sí, los volúmenes que reaccionan de cada uno de los gases tienen una relación sencilla entre sí. Si el producto es un gas, su volumen se relaciona con el volumen de los reactivos mediante una relación sencilla (un hecho demostrado antes por Gay-Lussac). Por ejemplo, considere la síntesis de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno moleculares:
Dado que a la misma temperatura y presión, los volúmenes de los gases son directamente proporcionales al número de moles de los gases presentes,por lo tanto se puede escribir
La proporción de volumen de hidrógeno molecular respecto del nitrógeno molecular es de 3:1, y la del amoniaco (el producto) respecto del hidrógeno molecular y del nitrógeno molecular
(los reactivos) es de 2:4 o 1:2.
