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在古代，自然哲学家对化学现象的概括及由此提出的一些观念和假说，与工匠们在长期生产中所积累的化学知识是分离的。正是这种分离，致使哲学家的理论愈发脱离唯物主义的轨道，到中世纪终于为教廷所利用，成为宗教的婢女。同样由于这种分离，实用化学的发展也是缓慢的。
第一次解决这种分离的尝试是炼金术的出现。医生和药剂师由于经常使用炼金术士所使用的药品，因而比较熟悉许多化学物质。在16世纪，瑞士医生帕拉塞斯是化学发展这一新方向的代表人物。帕拉塞斯主张炼金术应有更广的含义，即把一切化学过程，包括人体的消化过程都包括进来。帕拉塞斯本质上是个医学的改革者，他对化学的贡献在于：他引导人们去注意并研究化学对医学及药物学的莫大用处。
在帕拉塞斯的倡导下，人们重视医疗化学，强调药物的化学性质，并将许多化学物质用于医疗实践，为医疗中的化学疗法奠定了基础，改变了医学、同时也改变了化学的发展方向，使化学面向社会，向实用化学的方向迈出重要的一步。
在帕拉塞斯倡导医药化学的同时，德国的阿格里柯拉出版了他的名著《论金属》。这部著作是作者在对生产现场作了广泛调查的基础上，结合历史文献，总结的古罗马以来欧洲学者所掌握的采矿和冶金知识。这部著作在欧洲得到广泛的传播，它也强调了化学发展的方向，即化学研究应面向化学生产的实际。这些为近代化学的诞生准备了肥沃的土壤。
荷兰的海尔蒙特是17世纪医疗化学家的又一杰出代表。作为医生的他，几乎将大部分时间用于做实验，他自称为“用火操作的哲学家”。他发现了二氧化碳和氨气，区别了空气和气体，为后来气体化学的研究开创了道路。同时他本人也成为后来化学家学习的楷模。
不论主观愿望如何，医疗化学家使意识中的化学向实用化学靠拢，使古代化学理论与实用化学相分离的状态得到部分的改善。随着实用化学精密度的提高，定量实验开始为人们重视，酸碱盐及其反应性质为人们所了解，这就要求化学理论有质的飞跃，人们愈发不能接受已流行两千年的亚里士多德的理论，于是根据自己在实验室的发现和经验，提出五花八门的解释，尽管许多解释混幼稚可笑，但是它的确为近代化学的诞生开辟了道路。
哥伦布发现美洲大陆，麦哲伦完成了环球航行。地理大发现给欧洲资本主义的商品经济带来很大刺激。到了17世纪，欧洲资本主义的生产关系有了进一步发展。首先在英国，1642年爆发了资产阶级革命，1649年处死了英国国王查理一世，建立了资产阶级共和国。
地理大发现促进了欧洲沿海国家生产力的发展，生产力的发展要求重视和发展实用科学和基础科学，新兴的资产阶级认识到这一点，主动地支持和兴办以科学教育为主的新型学校。与此同时，一批年轻的科学家，其中包括神学家、教授、医生等从1644年起经常在伦敦、牛津聚会，讨论科学问题和科学实验，随着对科学感兴趣的人的增加，他们的圈子越来越大，终于在1662年正式成立一个以促进自然知识为宗旨的皇家学会。在这个圈子里有一个年轻的贵族子弟，他就是在化学发展史上做出划时代贡献的波义耳。
波义耳和许多早期的皇家学会会员一样，信仰英国唯物主义和整个现代实验学的始祖弗兰西斯·培根的新哲学。培根尖锐地批评了中世纪的哲学，指出经院哲学和神学阻碍了科学的进步，认为感觉是一切知识的源泉，科学是实验的科学，科学就在于用理性的方法去整理感性材料。
在这种哲学思想的影响下，波义耳利用他富裕的家境，长期在实验室里进行科学研究。通过科学实验，特别是德国工业化学家格劳伯为振兴德国工业所取得的成就，他认识到化学在工业生产中所具有的广泛意义：化学不仅仅限于制造医药，而是对整个工业和科学都有重要作用的科学。
为此他觉得必须从更高的角度来重新认识化学。首先就是要重新讨论什么是化学，他主张化学研究的目的在于认识物体的本性，为此必须进行专门的实验。通过实验，通过对观察到的实验事实性方法的整理，就能使化学由从属于炼金术或医药学的地位上升为一门专门探索自然界本质的独立科学。
波义耳的化学观促使人们逐渐认识到，化学是值得为其自身的特有目的而进行专门研究的学问，化学应是一门独立存在的科学。这是波义耳一个突出贡献。
确立科学的化学，波义耳首先考虑到的一个最基本的概念就是元素。对于亚里士多德的四元素说、医药化学家的三要素说（即所有物质都由硫汞盐三要素组成），波义耳进行了认真的考察。通过实验检验，他怀疑这些“元素”实际上未必就是真正的元素，因为它与实验事实和自然界的实际不相符合。例如大家所熟悉的黄金就不包括这些“元素”，这些“元素”也不含有黄金。
那么什么是元素？波义耳运用理性方法对实验事实作了客观分析后提出：只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。自然界中的元素肯定不是四种或三种，而一定会有很多种。
在提出了新的化学观、元素观之后，波义耳进一步提出：必须抛弃古代传统的思辨方法，只有运用严密的科学实验方法才能把化学确立为科学。他强调化学家只有通过实验才能取得成就。他正是身体力行地在实验上下功夫．这是波义耳的第三大贡献。
恩格斯正是根据对化学史的认真考察和上述理由，才评价说：“波义耳把化学确立为科学。”
物质燃烧现象是古代和近代化学的重要研究对象。古代哲学家曾把火看作构成万物的本原，炼金家和医药化学家仍把火看作组成化学物质的要素，因为当时已知的化学反应大都与火有关。
到了17世纪，随着资本主义的发展，与火相关的冶金、炼焦，烧石灰，制陶和玻璃、肥皂等工业生产的迅速发展，人们更加迫切地需要对燃烧现象做出理论上的解释。
波义耳曾做过不少有关燃烧的实验，据此他反对把火看成是热和干两种性质的结合，也不同意炼金家们把火看作是从物质中分解出来的神秘观念。他认为火应当是一种实实在在，由具有一定重量的火微粒所组成的物质元素。他对金属经煅烧而加重的实验事实作如下的解释：金属+火微粒=煅灰。
曾随同波义耳研究过燃烧现象的德国化学家贝歇尔依据医药化学家的硫汞盐三要素说，认为土有三类：油状土，流质土，石状土。其中油状土是一切可燃物的组分。1703年，贝歇尔的学生斯培尔对老师的思想作了发挥，提出了一套完整的理论。这理论认为火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体，这种火微粒就叫做燃素。燃素充塞于天地之间，地球上动、植、矿物都含有它。生物含有燃素则富于生机，无生命物质含有它则可以燃烧。物质燃烧时放出燃素而变成灰渣，灰渣获得燃素又会复活。这就是燃素观。用这理论来解释燃烧现象，则可以归结为物体释放和吸收燃素的过程。
燃素说是化学上最早提出的反应理论，它曾足以说明当时所知道的大多数化学现象，因而为绝大多数化学家所接受。这理论坚持了从化学反应本身来说明化学反应的朴素唯物主义，扫除了长期以来笼罩在化学中的神秘感，引导人们去注意研究化学反应的实际过程。正如恩格斯所说的化学终于借燃素说从炼金术中解放出来。
但是事实上燃素说对一些化学反应的解释是很牵强的，随着化学的发展，这一矛盾愈发尖锐。最突出的例子就是对金属煅烧后增重的解释。金属煅烧中释放出燃素后变成灰渣，灰渣比金属重，那么燃素就具有负重量。对此燃素说很难自圆其说。
随着气体化学的发展，二氧化碳、氮气、氢气、特别是氧气的发现，终于以实验的事实推翻了燃素说，否定了燃素的存在。
科学的氧化理论的建立是18世纪化学革命的主要标志。拉瓦锡在其中做出了突出的贡献。氧化理论的提出是由于氧元素的发现，氧元素的发现是气体化学研究的成果，所以认识这场化学革命还需从气体化学的发展谈起。
17世纪海尔蒙特提出的气体概念促进了人们对气体的深入研究。1755年，苏格兰化学家布拉克在加热石灰石和白镁石的实验中，收集到一种性质不同于空气的气体（即二氧化碳），因为它来自石灰石，故命名为固定生气。这一发现根本地改变了人们对于气体的认识，使人们知道气体与液体、固体一样都是实物，也具有多样性。
1766年，英国化学家卡文迪许在锌、铁，锡等金属与稀硫酸作用的实验中得到一种可燃性气体（氢气）。因为它被充入气球后，气球会向上飘浮，似乎显示出它具有负重量的性质，曾给燃素论者带来喜悦，以为这就是他们要寻找的燃素。后经卡文迪许的细心研究，证明氢气仍具有重量，只是因为它比空气比重小，而在空气中具有浮力，从而否定了氢气就是燃素的看法。
1772年，布拉克的学生卢瑟福发现了氮气。他的实验表明氮气不助燃，能使老鼠窒息。卢瑟福也是燃素说的信徒，故不能进一步深入研究这一发现。
同年，瑞典化学家舍勒在加热硝石的实验中发现了一种能强烈助燃的新气体（氧气）。他把它命名为火空气。关于这一发现的论文由于印刷的延误，直到1777年才发表。1774年英国化学家普利斯特列在三仙丹（氧化汞）加热的实验中收集到氧气，并证明它具有助燃性和有益于动物呼吸。但由于他深信燃素说，而把氧气命名为“脱燃素空气”。和舍勒一样，普利斯特列也未能认识氧气在燃烧过程中的作用。当真理碰到鼻尖上的时候还是没有得到真理。
法国化学家拉瓦锡真正地吸收了前人和同辈化学家的研究成果。这个“真正”吸收不是通常那种人云亦云的接受，而是逐一通过自己的实验的验证，然后又用更科学的理论阐明、发展别人的研究成果。氧气的发现是这样，水的分解和合成也是这样，这就使拉瓦锡较之其他化学家对化学的建设做出了更大的贡献。
1777年，拉瓦锡总结了他对燃烧现象的实验研究，撰写了题为“燃烧理论”的报告，全面系统地阐述了燃烧的氧化学说。其要点是：（1）物质燃烧时放出热，（2）物质在氧存在时才能燃烧，（3）物质在空气中燃烧时吸收其中的氧，燃烧后增重恰为吸收氧之重，（4）一般可燃物（非金属）燃烧后变为酸。这个以氧为中心的理论使燃素说所无法解决的矛盾迎刃而解，促使人们按照燃烧的本来面目来掌握燃烧的规律，彻底地改变了化学的面貌。
为了进一步巩固氧化学说的地位，1787年拉瓦锡等人制定出《新的化学命名法》，在1889年出版了他的名著《化学纲要》。在这本书中他详细地叙述了推翻燃素说的实验依据，系统阐明了氧化学说的科学理论，重新解释了各种化学现象。书中以充分的实验根据阐述了质量守恒定律。这是一部依照新理论体系而写出的化学教科书，它建立了从元素概念到反应理论的全面的近代化学的科学体系，它为培养未来化学家奠定了基础，使化学作为一门科学得以最后确立。后来的化学史家一致承认拉瓦锡的工作是18世纪的化学革命，也是18世纪科学技术发展史上最伟大的成就之一。人们已把拉瓦锡的《化学纲要》与牛顿的《自然科学的数学原理》、达尔文的《物种起源》一起列为世界自然科学的三大名著。