Omul de știință italian Avogadro a emis ipoteza că, în cazul „gazelor ideale”, dacă presiunea (P), volumul (V) și temperatura (T) a două probe sunt aceleași, atunci numărul de particule de gaz din fiecare probă este la fel. aceeași. Acest lucru este adevărat indiferent dacă gazul este format din atomi sau din molecule. Relația este valabilă chiar dacă probele comparate sunt din gaze diferite. Singură, legea lui Avogadro are o valoare limitată, dar dacă este cuplată cu legea lui Boyle, legea lui Charles și legea lui Gay-Lussac, se derivă ecuația importantă a gazelor ideale.
Pentru două gaze diferite există următoarele relații matematice: P1V1/T1=k1 și P2V2/T2=k2. Ipoteza lui Avogadro, mai cunoscută astăzi ca legea lui Avogadro, indică faptul că, dacă părțile din stânga expresiilor de mai sus sunt aceleași, numărul de particule în ambele cazuri este identic. Deci, numărul de particule este egal de k ori o altă valoare dependentă de gazul specific. Această altă valoare încorporează masa particulelor; adică este legat de greutatea lor moleculară. Legea lui Avogadro permite ca aceste caracteristici să fie puse într-o formă matematică compactă.
Manipularea celor de mai sus conduce la o ecuație a gazului ideal cu forma PV=nRT. Aici „R” este definit ca constanta gazului ideal, în timp ce „n” reprezintă numărul de moli sau multiplii greutății moleculare (MW) a gazului, în grame. De exemplu, 1.0 gram de hidrogen gazos – formula H2, MW=2.0 – se ridică la 0.5 moli. Dacă valoarea lui P este dată în atmosfere cu V în litri și T în grade Kelvin, atunci R este exprimat în litri-atmosfere-per-mol-grad Kelvin. Deși expresia PV=nRT este utilă pentru multe aplicații, în unele cazuri, abaterea este considerabilă.
Dificultatea constă în definirea idealității; impune restricții care nu pot exista în lumea reală. Particulele de gaz nu trebuie să aibă polarități atractive sau respingătoare – acesta este un alt mod de a spune că coliziunile dintre particule trebuie să fie elastice. O altă presupunere nerealistă este că particulele trebuie să fie puncte și volumele lor, zero. Multe dintre aceste abateri de la idealitate pot fi compensate prin includerea unor termeni matematici care poartă o interpretare fizică. Alte abateri necesită termeni viriali, care, din păcate, nu corespund în mod satisfăcător nici unei proprietăți fizice; acest lucru nu aruncă legea lui Avogadro în vreun discredit.
O simplă actualizare a legii gazelor ideale adaugă doi parametri, „a” și „b”. Se citește (P+(n2a/V2))(V-nb)=nRT. Deși „a” trebuie determinat experimental, se referă la proprietatea fizică a interacțiunii particulelor. Constanta „b” se referă și la o proprietate fizică și ia în considerare volumul exclus.
În timp ce modificările interpretabile fizic sunt atrăgătoare, există avantaje unice în utilizarea termenilor de expansiune virial. Una dintre acestea este că pot fi folosite pentru a se potrivi îndeaproape cu realitatea, permițând explicarea în unele cazuri a comportamentului lichidelor. Legea lui Avogadro, aplicată inițial doar fazei gazoase, a făcut posibilă astfel o mai bună înțelegere a cel puțin unei stări condensate a materiei.