アボガドロの法則

アボガドロの法則（アボガドロの仮説またはアボガドロの原理とも呼ばれる）またはアボガドロ＝アンペールの仮説は、気体の体積と存在する気体の物質量との関係を示す 実験的な気体の法則です。^{[ 1 ]}この法則は理想気体の法則の特殊なケースです。現代的な表現では、「同じ温度と圧力では、すべての気体の等しい体積には同じ数の分子が含まれる」とされています。^{[ 1 ]}理想気体 の質量が一定の場合、温度と圧力が一定であれば、気体の体積と量（モル）は正比例します。

この法則は、1811年に^{[ 2 ] [ 3 ]}理想気体の同じ体積、同じ温度、同じ圧力の2つのサンプルには同じ数の分子が含まれているという仮説を立てたアメデオ・アボガドロにちなんで名付けられました。例えば、同じ体積の水素と窒素の気体は同じ温度と圧力で同じ数の分子を含み、理想気体の挙動を示します。実際には、実在気体は理想気体の挙動からわずかにずれており、この法則は近似的にしか成り立ちませんが、科学者にとっては依然として有用な近似です。

この法律は次のように記述できる。

${\displaystyle V\propto n}$

または

${\displaystyle {\frac {V}{n}}=k}$

どこ

• Vは気体の体積である。
• nは気体の物質量（モル単位で測定）です。
• kは、特定の温度と圧力における定数である。

この法則は、温度と圧力が同じ条件下では、すべての気体の同体積には同数の分子が含まれることを説明しています。同じ物質を2つの異なる条件下で比較する場合、この法則は次のように表現すると便利です。

${\displaystyle {\frac {V_{1}}{n_{1}}}={\frac {V_{2}}{n_{2}}}}$

この式は、気体のモル数が増加すると、体積もそれに比例して増加することを示しています。同様に、気体のモル数が減少すると、体積も減少します。したがって、理想気体の特定の体積に含まれる分子または原子の数は、それらの大きさや気体のモル質量とは無関係です。

アボガドロの仮説（当初はそう呼ばれていた）は、ボイルの法則（1662年）、シャルルの法則（1787年） 、ゲイ＝リュサックの法則（1808年）といった初期の経験的な気体の法則と同じ精神で定式化された。この仮説は1811年にアメデオ・アボガドロによって初めて発表され^{[ 4 ]} 、ドルトンの原子論と、ジョセフ・ルイ・ゲイ＝リュサックの「相容れない」考え、すなわち一部の気体は異なる基本物質（分子）が整数比で混ざり合っているという考え を調和させた^{[ 5 ]} 。 1814年、アボガドロとは独立して、アンドレ＝マリー・アンペールが同様の結論で同じ法則を発表した。^{[ 6 ]}アンペールはフランスでより有名だったため、この仮説はフランスでは通常アンペールの仮説と呼ばれ、^{[注1 ]}後にアボガドロ＝アンペールの仮説^{[注2 ]}、あるいはアンペール＝アボガドロの仮説とも呼ばれるようになった。^{[ 7 ]}

シャルル・フレデリック・ゲルハルトとオーギュスト・ローランが行った有機化学の実験的研究により、アボガドロの法則は、気体中の同量の分子が同じ体積を持つ理由を説明できることが実証された。しかしながら、一部の無機物質を用いた関連実験では、この法則に例外があるように見える現象が観察された。この明らかな矛盾は、アボガドロの死後4年後の1860年、カールスルーエ会議でスタニスラオ・カンニッツァーロによって最終的に解決された。彼は、これらの例外は特定の温度における分子の解離によるものであり、アボガドロの法則は分子量だけでなく原子量も決定するものであると説明した。

標準温度・圧力（100 kPa、273.15 K ）では、アボガドロの法則を用いて理想気体のモル体積を求めることができます。  

${\displaystyle V_{\text{m}}={\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}\approx {\frac {\mathrm {8.3145\ {\frac {J}{mol\cdot K}}\times 273.15\ K} }{\mathrm {100\ kPa} }}\approx \mathrm {22.711\ L/mol} }$

同様に、標準大気圧（101.325  kPa）および0 °C（273.15 K）では： 

${\displaystyle V_{\text{m}}={\frac {V}{n}}={\frac {RT}{P}}\approx {\frac {\mathrm {8.3145\ {\frac {J}{mol\cdot K}}\times 273.15\ K} }{\mathrm {101.325\ kPa} }}\approx \mathrm {22.414\ L/mol} }$

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