Ley de Avogadro

Qué es la ley de Avogadro

La ley de Avogadro, denominada también hipótesis o principio de Avogadro, enuncia que, a temperatura y presión constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de sustancia (expresada en moles) que lo compone. Dicho de otro modo: si se toman dos recipientes del mismo volumen, a la misma temperatura y presión, y se llena uno con oxígeno y otro con nitrógeno, ambos contendrán el mismo número de moléculas, por más que la masa total de cada recipiente sea distinta.

El nombre de la ley honra a Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, conde de Quaregna e Cerreto (Turín, 1776-1856). Avogadro se formó primero como abogado, y llegó a ejercer el derecho eclesiástico durante varios años, antes de volcarse en las matemáticas y la física a partir de 1800. El apellido no guarda ninguna raíz griega o latina de significado médico: "Avogadro" es un patronímico italiano vinculado al oficio de abogado (del latín advocatus, "el que es llamado en auxilio"), algo que no deja de resultar irónico en quien acabaría dedicando su vida a las ciencias experimentales.

En 1811 publicó en el Journal de Physique, de Chimie et d'Histoire Naturelle un artículo en el que proponía su hipótesis para resolver la contradicción aparente entre la teoría atómica de Dalton y la ley de los volúmenes de combinación de Gay-Lussac. Su idea pasó casi inadvertida. No sería hasta 1860, cuatro años después de la muerte de Avogadro, cuando su compatriota Stanislao Cannizzaro presentó en el Congreso de Karlsruhe un sistema coherente de pesos atómicos apoyado en aquella hipótesis olvidada, y la comunidad científica reconoció al fin su valor.

El volumen molar y la constante de Avogadro

Una consecuencia directa de la ley es que un mol de cualquier gas ideal ocupa siempre el mismo volumen cuando las condiciones de temperatura y presión son las mismas. En condiciones estándar (0 °C y 1 atmósfera), ese volumen molar ronda los 22,4 litros, con independencia de la naturaleza del gas. Da igual que se trate de helio, dióxido de carbono o vapor de agua: 22,4 litros de cualquiera de ellos encierran el mismo número de moléculas.

Ese número, 6,022 × 10²³ entidades por mol, se conoce hoy como constante de Avogadro (N_A). Desde la revisión del Sistema Internacional de Unidades de 2019, la constante dejó de derivarse por vía experimental y pasó a ser una cifra exacta fijada por convención: 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹. La propia definición del mol se reescribió en esos términos, de modo que un mol contiene exactamente ese número de entidades elementales, ya sean átomos, moléculas o iones.

Aplicación en fisiología y bioquímica clínica

La ley de Avogadro es un enunciado de la física, pero sus implicaciones recorren la práctica médica de un modo tan continuo que casi nunca se hacen notar. La gasometría arterial mide las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono en sangre, y el cálculo de esas presiones descansa sobre la ley de los gases ideales, que combina la de Avogadro con las de Boyle, Charles y Gay-Lussac. Sin la proporcionalidad entre cantidad de sustancia y volumen que Avogadro postuló, la ecuación PV = nRT perdería uno de sus términos.

En el laboratorio de bioquímica, las concentraciones de electrolitos, glucosa o creatinina se expresan en milimoles por litro (mmol/L) o en miliosmoles. La farmacología calcula la cantidad de muchos principios activos a partir de su masa molar, un concepto que solo cobra sentido porque la constante de Avogadro permite traducir la masa de una sustancia al número de moléculas que la forman. Hasta los kilodaltons con los que se expresan las masas de las proteínas son, en el fondo, la inversa de esa misma constante.

Diferenciación con la ley de Dalton y la ley de Henry

La ley de Avogadro relaciona el volumen de un gas con su cantidad de sustancia, y conviene no confundirla con la ley de las presiones parciales de Dalton, que describe cómo la presión total de una mezcla de gases equivale a la suma de las presiones que cada componente ejercería si ocupara por sí solo el volumen completo. En fisiología respiratoria, la ley de Dalton explica por qué el gas alveolar tiene una presión parcial de oxígeno distinta a la del aire atmosférico; la de Avogadro opera detrás del cálculo del volumen de gas intercambiado.

Tampoco equivale a la ley de Henry, que cuantifica cuánto gas se disuelve en un líquido según la presión parcial de ese gas sobre la superficie. La de Henry tiene aplicación directa en la medicina hiperbárica y en la comprensión del embolismo gaseoso. La de Avogadro trabaja un paso antes: fija cuántas moléculas hay en un volumen dado de gas antes incluso de que ese gas entre en contacto con la sangre u otro líquido biológico.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el nombre de la ley de Avogadro?

Del físico y matemático italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), que propuso la hipótesis en 1811. Su apellido procede del latín advocatus, "abogado" o "el llamado en auxilio", por la larga tradición jurídica de la familia. El propio Avogadro ejerció como jurista antes de dedicarse a la ciencia.

¿Es lo mismo la ley de Avogadro que el número de Avogadro?

No exactamente. La ley enuncia que volúmenes iguales de gases, en las mismas condiciones, contienen el mismo número de moléculas. El número (o constante) de Avogadro es la cifra concreta, 6,022 × 10²³, que indica cuántas entidades hay en un mol de cualquier sustancia. La constante es una consecuencia cuantitativa de la ley, pero la ley se formuló más de un siglo antes de que ese valor numérico pudiera determinarse con precisión.

¿Se cumple siempre la ley de Avogadro?

Solo de manera exacta para los gases ideales, que son un modelo teórico. Los gases reales se apartan de ese comportamiento sobre todo a presiones altas y temperaturas bajas, cuando el volumen propio de cada molécula y las interacciones entre ellas dejan de ser despreciables. En las condiciones en que trabaja la fisiología humana, con una temperatura corporal cercana a 37 °C y presión atmosférica, la aproximación resulta más que suficiente para los cálculos clínicos.

¿Por qué aparece esta ley en un diccionario médico?

Porque sin ella no existirían conceptos tan cotidianos en medicina como el mol, la molaridad, el milimol o la presión parcial de un gas. Cada vez que un laboratorio informa de una concentración en mmol/L, o que una gasometría expresa la presión parcial de oxígeno, está empleando, aunque sea de forma implícita, el marco que Avogadro estableció hace más de dos siglos.

Referencias

1. Encyclopædia Britannica. Avogadro's law. Definition, explanation, and facts.
2. Encyclopædia Britannica. Amedeo Avogadro. Italian physicist.
3. Real Academia Española. Mol. Diccionario de la lengua española.
4. International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). A new definition of the mole has arrived.