Introducción
Ley de Avogadro, ley en química que establece que bajo idénticas condiciones de temperatura y presión, volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas. Esta ley fue enunciada como hipótesis por el físico italiano Amedeo Avogadro en 1811. Los químicos y físicos italianos continuaron desarrollando la hipótesis, y en la década de 1850, gracias a los esfuerzos del químico italiano Stanislao Cannizzaro, la ley de Avogadro llegó a aceptarse universalmente.
Teoría de Avogadro
No fue hasta 1814 cuando Avogadro admitió la existencia de moléculas formadas por dos o más átomos.
Según Avogadro, en una reacción química una molécula de reactivo debe reaccionar con una o varias moléculas de otro reactivo, dando lugar a una o varias moléculas del producto, pero una molécula no puede reaccionar con un número no entero de moléculas, ya que la unidad mínima de un reactivo es la molécula.
Debe existir, por tanto, una relación de números enteros sencillos entre las moléculas de los reactivos, y entre estas moléculas y las del producto. Según la ley de Charles y Gay-Lussac esta misma relación es la que ocurre entre los volúmenes de los gases en una reacción química. Por ello, debe de existir una relación directa entre estos volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen.
La ley de Avogadro dice que:
“Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”
También el enunciado inverso es cierto: “Un determinado número de moléculas de dos gases diferentes ocupan el mismo volumen en idénticas condiciones de presión y temperatura”.
Esta ley suele enunciarse actualmente también como: “La masa molecular o mol de diferentes sustancias contiene el mismo número de moléculas”.
El valor de este número, llamado número de Avogadro es aproximadamente 6,022212 × 1023 y es también el número de átomos que contiene la masa atómica o mol de un elemento. Para explicar esta ley, Avogadro señaló que las moléculas de la mayoría de los gases elementales más habituales eran diatómicas (hidrógeno, cloro, oxígeno, nitrógeno, etc), es decir, que mediante reacciones químicas se pueden separar en dos átomos.
La ley de Avogadro no fue admitida inicialmente por la comunidad científica. No lo fue hasta que en 1860 Cannizzaro presentó en el primer Congreso Internacional de Química, el Congreso de Karlsruhe, un artículo (publicado en 1858) sobre la hipótesis de Avogadro y la determinación de pesos atómicos.
Con estas suposiciones, la justificación de la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac es bastante sencilla como se muestra en los siguientes ejemplos.
Número de Avogadro
Número de Avogadro o Constante de Avogadro, número de moléculas de un mol de cualquier sustancia, representado por el símbolo NA o L. Ha sido establecido en 6,0221367 × 1023, según los distintos métodos utilizados entre los químicos físicos.
Su nombre se debe al físico italiano Amedeo Avogadro, quien en 1811 estableció que volúmenes iguales de gases, a temperatura y presión equivalentes, contienen un mismo número de moléculas.
Este enunciado recibió el nombre de ley de Avogadro. Fue una teoría importante en el desarrollo de la química, aunque el número en concreto no pudo calcularse hasta finales del siglo XIX, cuando se extendió el concepto para incluir no sólo los gases sino todos los productos químicos.
Aunque las consideraciones sobre el volumen no son aplicables a líquidos y sólidos, el número de Avogadro es válido para todas las sustancias, independientemente de su estado.
Síntesis del cloruro de hidrógeno
Experimentalmente se comprueba que un volumen de dihidrógeno reacciona con un volumen de dicloro para dar dos volúmenes de cloruro de hidrógeno.
Según lo establecido en la ley de Avogadro, a temperatura y presión constantes en cada volumen unidad (de dihidrógeno y de dicloro) habrá un mismo y determinado número de moléculas “N” (en nuestro ejemplo, hemos puesto seis moléculas).
Como las moléculas de dihidrógeno y dicloro son diatómicas, la reacción química de síntesis del cloruro de hidrógeno consistiría en la rotura de las moléculas de dihidrógeno y dicloro y su posterior reorganización para dar doce moléculas de cloruro de hidrógeno (una por cada átomo de cloro e hidrógeno).
Como hemos supuesto que en un volumen de gas hay seis moléculas, doce moléculas corresponden a un volumen dos veces mayor. Los volúmenes de los gases reaccionantes están en la relación 1:1, mientras que el de cloruro de hidrógeno respecto al de dihidrógeno o al de dicloro está en la relación 2:1, tal como se establece la ley de Gay-Lussac.
Síntesis del agua
Experimentalmente se comprueba que dos volúmenes de dihidrógeno reaccionan con un volumen de dioxígeno para dar dos volúmenes de agua. De acuerdo con la ley de Avogadro, la reacción de síntesis del agua necesitaría que cada dos moleculas de dihidrógeno reaccionaran con una molécula de dioxígeno para obtener dos moléculas de agua.
La molécula de dioxígeno tiene que estar formada al menos por dos átomos, para que por lo menos uno de ellos entre a formar parte de cada molécula de agua. Si suponemos que en un volumen de gas hay seis moléculas, tenemos como reactivos 12 moléculas de dihidrógeno (formadas por 24 átomos de hidrógeno en total) y 6 moléculas de dioxígeno (formadas por 12 átomos de oxígeno en total).
Si obtenemos dos volúmenes de agua (12 moléculas), cada molécula de agua debe tener de fórmula H2O y no HO como creía Dalton.