As Leis ponderais são aquelas que relacionam matematicamente as massas das substâncias presentes nas reações, tais como a Lei de conservação das massas de Lavoisier e a Lei das proporções constantes de Proust.
Já as leis volumétricas são aquelas referentes aos volumes dos gases que participam de uma reação química e complementam as leis ponderais. A mais importante lei volumétrica foi a criada por Joseph Gay-Lussac (1778-1850), em 1808, que é chamada de Lei da combinação de volumes ou Lei volumétrica de Gay-Lussac. Depois de realizar vários experimentos e medir os volumes dos gases em reações químicas, ele concluiu o seguinte:
“Nas mesmas condições de temperatura e pressão, os volumes dos gases dos reagentes e dos produtos de uma reação química têm sempre entre si uma relação de números inteiros e pequenos.”
Por exemplo, considere a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio, com formação de vapor de água. Gay-Lussac notou que sempre nessa reação reagiam-se 2 volumes de hidrogênio com 1 volume de oxigênio, sendo formados 2 volumes de água:
Hidrogênio + Oxigênio → Água
1º Experimento: 2 L 1 L 2 L
2º Experimento: 10 L 5 L 10 L
3º Experimento: 18 L 9 L 18 L
4º Experimento: 40 L 20 L 40 L
Observe que em todos os casos existem uma proporção de volumes em uma relação de números inteiros e pequenos, que é 2 : 1 : 2. Em cada tipo de reação sempre há uma relação assim entre os volumes, porém, mudando-se a proporção. Veja outro exemplo:
Hidrogênio + Cloro → Gás Clorídrico
1º Experimento: 1 L 1 L 2 L
2º Experimento: 10 L 10 L 20 L
3º Experimento: 15 L 15 L 30 L
4º Experimento: 40 L 40 L 80 L
Note que nesse caso a proporção entre os volumes dos gases é dada por 1 : 1 : 2.
Até então, a teoria atômica aceita era a de Dalton, que dizia que a matéria seria formada por minúsculas partículas denominadas de átomos, que seriam maciços e indivisíveis. Segundo essa teoria, a quantidade de átomos deveria permanecer constante durante uma reação química, sendo que o volume dos produtos deveria representar a soma dos volumes dos reagentes.
Veja que isso não acontece na primeira reação química mencionada, porque a proporção no reagente é de 2 : 1 , então o volume no produto deveria ser igual a 3 (2 + 1), mas experimentalmente dá igual a 2. Quando isso acontece, dizemos que houve uma contração de volume. Desse modo, a lei de Gay-Lussac pôs em jogo a teoria atômica de Dalton.
Mais tarde, porém, em 1811, o cientista Amedeo Avogadro explicou porque isso acontecia. A hipótese ou princípio de Avogadro, que pode ser vista com mais detalhes no texto Lei de Avogadro, dizia que “volumes iguais, de quaisquer gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam a mesma quantidade de matéria em mol ou moléculas.”
Isso significava que os gases não seriam sempre formados por átomos isolados (isso só acontece no caso dos gases nobres), mas sim por moléculas. Assim, os átomos nessas moléculas se recombinariam durante a reação química, explicando as proporções observadas.
Veja, por exemplo, o que ocorre no caso da reação de formação da água: cada molécula do gás hidrogênio e do gás oxigênio é formada por dois átomos, enquanto cada molécula de água é formada por três átomos (2 hidrogênios e 1 oxigênio). Assim, temos que 2 moléculas de hidrogênio (4 átomos) reagem com 1 molécula de oxigênio (2 átomos), produzindo 2 moléculas de água (dando um total de 6 átomos).
.jpg "Reação de formação da água")
Desse modo, tanto as proporções entre os volumes foi mantida quanto a quantidade de átomos que participaram da reação.
Isso levou Avogadro a outra conclusão importante, a de que volumes iguais de gases, não importa que gás seja, desde que esteja na mesma temperatura e na mesma pressão, possuem a mesma quantidade de moléculas. Confirmamos isso no caso acima. Veja que o volume do H2 é igual ao da H2O, e a quantidade de moléculas que eles possuem também é a mesma.
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