一 拉瓦锡的科学研究方法
为什么拉瓦锡研究化学的业绩，人们尊称之为化学革命呢？这不仅仅在于他认识了氧气，否定了燃素的存在，而在于化学观念的根本变革，从整体推倒了旧的理论体系而建立了新的理论体系。正如恩格斯所说，拉瓦锡"使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立过来"。拉瓦锡之所以能做出这样伟大的功绩，是同他的研究方法分不开的。他在研究化学方法上所作的贡献，是他化学革命的一部分、并不亚于他在化学理论方面的成就。所以他的科学方法，至今对科学研究和教学仍然具有指导作用。
一、重视实验而且作了定量要求
拉瓦锡研究科学的名言是，"不靠猜想，而要根据事实"。他认为实践是认识的基础，没有充分的实验根据，不能推导出严格的定律。他说："在任何情况下，都应该使我们的推理受到实验的检验，除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理之外，别无他途。"他对待任何化学问题，都要用实验来检验。关于金属在空气中锻炼变成灰渣，其重量增加的解释问题。著名化学家波义耳提出"火微粒"的假说，认为金属灰渣重量的增加，来自增加了具有重量的火微粒。可是，拉瓦锡对此并未主观地予以否定，而是用实验来检验，然后作出结论。古希腊哲学家提出水转为土的古老论点，曾经获得权威人士海尔蒙特和波义耳的支持。拉瓦锡并没有盲目轻信，而是通过他亲自操作的101天加热水的实验，证明了水不能转变成土。至于从水中得到的沉淀，实际上是容器被溶下来的固体物质，从而推翻了水变为土的说法。
拉瓦锡开始从事化学研究，就应用了精确的测量方法。他21岁时做的一个实验，就是定量地测定了石膏在加热和冷却过程中水分的变化。24岁时，他在地质勘查活动中用自己设计的比重计研究法国各地的水的比重。关于燃素是否存在的问题，拉瓦锡认为假如有燃素这种东西，我们就能把它提取出来看看，而且在天平上一定能够觉察出来。他用磷和硫分别作燃烧实验，就是应用了定量测定方法证明了氧气参加了变化。正是由于拉瓦锡采用了定量实验，才能"把以前人们所做的一切实验看作只是建议性质的"。因而他才敢于对已为人们所肯定的实验予以检验，从而掀起了化学的革命。
二、善于应用科学史的分析方法
拉瓦锡同历史上那些伟大的科学家一样、善于应用科学史的分析方法来分析化学史中的问题。前面所提到的关于水可以转变为土的否定，火微粒可以增加重量的否定，都可以看出拉瓦锡在这个方面的才能。至于推翻燃素学说的过程，更能说明他应用分析方法的效用。远在普利斯特里发现氧气以前，拉瓦锡就已经觉察到燃素学说有些问题。因为他从科学史的研究中认识到，燃烧可能不是燃素学说的支持者所说的那样，是可燃物中析出了什么燃素，相反的可能是从空气中吸收了什么东西。为了弄清楚物体燃烧时空气所起的作用，从研究化学史中发现，不同的研究者有不同的解释，有的解释甚至互相矛盾。这些史料启发他找到了研究的课题，需要重复、改进别人的实验以判断其真伪，他曾在一篇日记中写道："当我研究所有从物质中所析出或与物质结合的空气的全部历史时，一些不同的解释全部呈现。由于这项研究结果的重要性促使我担任这项工作，这项研究最后可能导致物理学和化学的革命。我认为过去做的实验仅供参考，有人建议我用新的方法重做这些实验以便将空气从物体中析出或与物体结合的知识同其他知识融合，以形成一项新的理论。"这充分说明了拉瓦锡推倒燃素学说并非偶然的，而是长期确定的革命对象。
三、应用以量求质的研究方法
化学实验中应用天症做定量研究的，在拉瓦锡以前的波义耳、普利斯特里、凯文迪旭等著名的化学家就开始了。但拉瓦锡却跟他们有些不同，他不单是用以测定物质的重量、密度、体积和成分等数量，而是应用以量求质的方法研究以应的实质。非金属燃烧究竟是增加重量还是减少重量？锻炼金属增加的重量是从哪里来的？类似这样的一些问题，如果用燃素学说的定性解释是不能回答的。拉瓦锡应用以量求质的方法则可以解释这些问题。如通过硫和磷燃烧的定量研究，就能揭示出非金属燃烧的产物同金属锻烧的产物一样都是增加重量，它们之所以增加重量都是由于氧气同它们结合在一起了。拉瓦锡深信"必须用天平进行精确测定来确定真理"。
在化学研究中的以量求质，是从单纯研究物质性质向前发展的一个高的层次。因此以量求质的研究方法也是拉瓦锡进行化学革命能够取得胜利的一个重要因素，也是推劝化学发展的一个重要的科学方法。所以人们评论拉瓦锡说，"他是一个明确提出把量作为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第一个化学家"。
17世纪中叶以前，人们对空气和气体的认识还是模糊的，到了18世纪，通过对燃烧现象和呼吸作用的深入研究，人们才开始认识到气体的多样性和空气的复杂性。
18世纪初，一位爱好植物学的英国牧师黑尔斯（S．Hales，1677-1761）发明了集气槽，改进了水上集气法。
1772年卢瑟福（D．Rutherford，英，1749-1819）在密闭容器中燃烧磷，除去寻常空气中可助燃和可供动物呼吸的气体，对剩下的气体进行了研究，发现这种气体不被碱液吸收，不能维持生命和具有可以灭火的性质，因此他把这种气体叫做"浊气"或"毒气"。同年英国化学家普利斯特里（J．Priestley，1733-1804）也了解到木炭在密闭于水上的空气中燃烧时，能使1/5的空气变为碳酸气，用石灰水吸收后，剩下的气体，不助燃也不助呼吸。
1774年普利斯特里利用一个直径为一英尺的聚光镜来加热各种物质，看看它们是否会分解放出气体，他还用汞槽来收集产生的气体，以便研究它们的性质。那年8月1日他如法加热汞煅灰（即氧化汞），发现蜡烛在分解出的"空气"中燃烧，放出更为光亮的火焰；他又将老鼠放在这种气体中，发现老鼠比在同体积的寻常空气中活的时间约长了4倍。可以说，普利斯特利发现了氧。遗憾的是他和卢瑟福等都坚信当时的"燃素说"。从而错误地认为：这种气体不含燃素，所以有特别强的吸收燃素的能力，因而能够助燃，当时他把氧气称之为"脱燃素空气"，把氮气称之为"被燃素饱和了的空气"。
事实上，瑞典化学家舍勒（C．W．Scheele，1742-1786）在卢瑟福和普利斯特里研究氮气的同时，于1772年也从事这一研究，他可算是第一个认为氮是空气成分之一的人。他曾于1773年用硝酸盐（硝酸钾和硝酸镁）、氧化物（氧化汞）加热，制得"火气"（fire air），并用实验证明空气中也存在"火气"。
综上所述，可见舍勒和普利斯特里虽然都独立地发现并制得氧气，但正如恩格斯指出的：由于他们被传统的燃素说所束缚，"从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠近的途径行进，往往当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理"（《自然辩证法》）。
法国化学家拉瓦锡（A．L．Lavoisier，1743-1794）较早地运用天平作为研究化学的工具，在实验过程中重视化学反应中物质质量的变化。当他知道了普利斯特里从氧化汞中制取氧气（当时称之为脱燃素空气）的方法后，就做了一个著名的研究空气成分的实验（见《九年义务教育三年制初级中学.化学.全一册》第一章阅读材料）。他摆脱了传统的错误理论（燃素说）的束缚，尊重事实，对实验作了科学的分析和判断，揭示了燃烧是物质跟空气里的氧气发生了反应，指出物质里根本不存在一种所谓燃素的特殊东西。1777年，拉瓦锡在接受其他化学家见解的基础上，认识到空气是两种气体的混合物，一种是能助燃，有助于呼吸的气体，并把它命名为"氧"，意思是"成酸的元素"（拉瓦锡当时认为，非金属燃烧后通常变为酸，氧是酸的本质，一切酸中都含有氧元素）；另一种不助燃、无助于生命的气体，命名为氮，意思是"不能维持生命"。
1785年英国化学家卡文迪许（H．Cavendish 1731-1810）用电火花使空气中氮气跟氧气化合，并继续加入氧气，使氮气变成氮的氧化物，然后用碱液吸收而除去，剩余的氧气用红热的铜除去。但至终残余有1％的气体不跟氧气化合，当时就认为可能是一种新的气体，但这种见解却没有受到化学家们应有的重视。
经过百余年后，英国物理学家雷利（J．W．S．Rayteigh，1842-1919）于1892年发现从含氮的化合物中制得的氮气每升重1.250 5 g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1．257 2 g，虽然两者之差只有几毫克，但已超出了实验误差范围。所以他怀疑空气中的氮气中一定含有尚未被发现的较重的气体。雷利沿用卡文迪许的放电方法从空气中除去氧和氮；英国化学家拉姆塞（W．Ramsay，1852-1916）把已经除掉CO2、H2O和O2的空气通过灼热的镁以吸收其中的氮气，他们二人的实验都得到一些残余的气体，经过多方面试验断定它是一种极不活泼的新元素，定名为氩，原文是不活动的意思。
1868年8月18日在印度发生了日全蚀，法国天文学家严森（P．J．C．Janssen，1824一1907）从分光镜中发现太阳光谱中有一条跟钠D线不在同一位置上的黄线，这条光谱线是当时尚未知道的新元素所产生的。当时预定了这种元素的存在，并定名为氦（氦是拉丁文的译音，原意是"太阳"）。地球上的氦是1895年从铀酸盐的矿物和其他铀处矿中被发现的。后来，人们在大气里、水里，以至陨石和宇宙射线里也发现了氦。
1898年拉姆塞又在液态空气蒸发后的残余物里，先后发现了氪（拉丁文原意是"隐藏的"）、氖（拉丁文原意是"新的"）和氙（拉丁文原意是"生疏的"）。
1900年德国物理学教授道恩（F．E．Dorn，1848一？）在含镭的矿物中发现一种具有放射性的气体，称为氡（拉丁文原意是"射气"）。
大气是环境的组成部分，是人类和动植物摄取氧气的源泉，是植物进行光合作用所需二氧化碳的贮存库，也是环境中能量流转的重要环节。大气是多种气体的混合物，其组成基本上是恒定的。但由于人口增多，工业发展，向大气中排放的有害气体及飘尘越来越多，远远超过大气自净能力，使大气的组成发生变化，有害气体危害了人类的生存和发展，就形成了大气污染。
大气污染可以根据污染物的不同，分为氮氧化物污染、硫氧化物污染、碳氧化物污染及飘尘污染。
1．氮氧化物污染 主要污染物是一氧化氮和二氧化氮。大气中的氮氧化物大约有2/3来自煤炭及石油产品燃烧，以及生产氮肥、有机中间体、金属冶炼时产生的废气。燃烧1吨煤能产生3.6千克～9千克二氧化氮。还有约1/3来自汽车的尾气。少量是由于自然界的火山爆发、雷击闪电等使大气中的氮和氧化合生成的。大气中氮氧化物含量达到一定程度时，如果还有碳氢化合物、硫氧化物等存在，就可能发生"光化学烟雾"，危害人类健康。
2．硫氧化物污染 主要污染物是二氧化硫，还包括硫酸及硫酸盐的微粒等。据统计，全世界每年由于人类活动排放到大气中的二氧化硫超过一亿五千万吨。其中2/3来自煤炭燃烧，l/5来自石油的燃烧。大气中硫氧化物含量大时，就可能形成酸雨。世界八大公害之一的比利时马斯河谷事件就是由于二氧化硫污染造成的。
3．碳氧化物污染 主要污染物是一氧化碳和二氧化碳。大气中的碳氧化物主要来自煤炭和石油的燃烧。碳和碳的化合物在空气不充足的情况下燃烧，就会产生一氧化碳。例如，l吨锅炉工业用煤燃烧约产生1.4千克一氧化碳；l吨居民取暖用煤燃烧约产生20千克以上的一氧化碳；一辆行驶中的汽车，每小时约产生l千克～l.5千克一氧化碳。据统计，全世界每年排入大气中的一氧化碳约2.4亿吨，而且一氧化碳不能氧化，不易与其他物质发生反应，因此，一氧化碳对环境的污染绝不能忽视。二氧化碳虽然不是有毒物质，但大气中含量过高，就会形成"温室效应"，有可能给全球带来巨大灾难。
4．大气飘尘污染 大气中弥漫着的固体和**微粒，粒径大约在1.0×10－7 m～1.0×10－5 m之间，长期悬浮不落的，称为"大气飘尘"。飘尘的成分复杂，形态万千，往往是其他多种污染物的"载体"和"催化剂"。大气中飘浮着因核爆炸而产生的放射性灰尘时，会使人引起慢性放射性病或皮肤慢性损伤。因此，大气飘尘是危害较大的大气污染物之一。
大气污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，破坏经济资源，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质，使生态受到伤害。
温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的。
空气中含有二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。这是由于大气中的二氧化碳始终处于"边增长、边消耗" 的动态平衡状态。大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分0.03%（体积分数）始终保持不变的原因。
但是近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的二氧化碳及煤炭、石油、天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长，就使地球气温发生了改变。
二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中，具有调节地球气温的功能。如果没有二氧化碳，地球的年平均气温会比目前降低20 ℃。但是，二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成"温室效应"。形成温室效应的气体，除二氧化碳外，还有其他气体。其中二氧化碳约占75％、氯氟代烷约占15%～20％，此外还有甲烷、一氧化氮等30多种。
温室效应就是由于大气中二氧化碳等气体含量增加，使全球气温升高的现象。如果二氧化碳含量比现在增加一倍，全球气温将升高3 ℃～5 ℃，两极地区可能升高10 ℃，气候将明显变暖。气温升高，将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。20世纪60年代末，非洲下撒哈拉牧区曾发生持续6年的干旱。由于缺少粮食和牧草，牲畜被宰杀，饥饿致死者超过150万人。
这是"温室效应" 给人类带来灾害的典型事例。因此，必须有效地控制二氧化碳含量增加，控制人口增长，科学使用燃料，加强植树造林，绿化大地，防止温室效应给全球带来的巨大灾难。