（第一节）气体的发现
我们不难理解为什么气体的发现及其性质的研究在化学研究中为时颇晚。范·海尔孟在1630年左右发明了气体这个名词，他至少描述过两种气体——“野气”(二氧化碳)和“油气”(不纯的氢气或沼气)，还认为气体不能容纳在器皿中。罗伯特·波义耳可能是头一个收集气体的人，他还知道氢气是可燃的。
1719年，莫瓦垂·德勒孟才描述在水面上操作空气法。1727年，斯蒂芬·黑尔斯牧师出版他的《植物静力学》，书中描述气体的一些实验，但他满足于测量气体的体积而不去研究它们的性质，因而没能发现个别的气体。
1754年，约瑟夫·布莱克(1728-1799年)重新发现“固定空气”(二氧化碳)。1766年，亨利·卡文迪许仔细地研究这种气体和波意耳发现的可燃空气(氢气)，他描述了一些气体操作法，并且是头一个在水银面上收集可溶气体的人。
约瑟夫·普里斯特利(1733—1804年)是利兹的非国教牧师，他利用空闲时间进行科学研究。从1770年起，他发明许多气体操作装置，有好些现在还在应用。他发现许多新气体，他除了在水面上收集气体外，还在水银面上收集可溶性气体(氨、氢氯酸、二硫化碳)。
（第二节）黑尔斯
斯蒂芬黑尔斯在剑桥的圣体学院学习，是密德尔塞克斯郡特丁顿的牧师——他是温泽尔的牧师会会员，即使他能献身于科学研究及教区的职务——他的主要工作是在植物学方面。但是他的两本书，《植物静力学》(1727年)及《血液静力学》(1733年)有一些有趣的化学方面的观察。他的化学研究工作(可能受牛顿的影响)完全是定量的，是忽略所研究物质的定性化学特征而得到不多结果的一个典型实例，但是他的实验启发了布莱克和普里斯特利。
图30斯梯芬·黑尔斯(1677—1761年)
他企图通过把物质放在枪筒中加热，然后在水面上收集产生的气体来测定从各种物质所能抽出“空气”的总量(图31)。他用的材料有煤(能生煤气)、铅丹和硝石(能放出氧气)、铁屑和稀硫酸(能放出氢气)、铁屑和稀硝酸(能生成氧化氮)。对黑尔斯来说，这些气体都是“空气”；他把这些气体测量完了以后就弃去了。他在关于呼吸的一些实验中发现，假使在呼气和吸气间，让空气通过用钾碱湿润的破布的活门，他呼吸有固定体积的空气经历的时间或许可以更长一些。但他没有进行这个实验，“怕因此伤害我的肺”。他发现，当磷在密闭器中燃烧，有更多的空气被吸收。
黑尔斯于是得出一个含糊的结论：“动物、植物、矿物物质均富有空气”，并且空气的存在使它们“带有气味”。他说植物可能通过叶子从空气中吸收养分(普里斯特利后来说他也有这种看法)。他强调，“弹性并非空气粒子的本质不变的性质，如我们所知，空气粒子受到空气中大量的酸性粒子、硫素粒子和盐素粒子的强烈吸引，很容易从弹性状态变为固定状态”；并且也能再一次恢复成弹性状态。他把空气当成一个元素。
图31黑尔斯所用的装置
图(31)是在火中加热的枪筒(r)。在桶(xx)的水面上把气体收集到球(ab)中。右边的图是瓶中水银面上充满正在发酵的豌豆，放出气体的压力推动竖直管(ab)中的水银，(ab)牢固地固定在瓶中并且深插在水银当中，豌豆浮在水银面上。
（第三节）布莱克
约瑟夫·布莱克出生在波尔多，他的父亲是生在贝尔法斯特的苏格兰人后裔，在波尔多经营酒业。
约瑟夫在格拉斯哥大学学医(1746年)，医学教授兼化学讲师和开业医生科兰博士对他影响极大，布莱克就在他的实验室里工作。1750年(或1751年)，布莱克移居爱丁堡，1754年6月他提出博士学位论文：《论胃中食物产生的酸，兼论白镁氧》。
文章附有有趣的附录：弱性碱与苛性碱的关系的化学实验及其解释。1755年6月，在爱丁堡哲学会宣读它的扩充的英文本，并在1756年出版，题目是《关于白镁氧，生石灰和其他碱性物质的实验》。图32约瑟夫·布菜克(1728—1799年)1756年布莱克继科兰任格拉斯哥的解剖学教授及化学讲师职位，但这工作开始于1750年。把解剖学教授职调换成医学教授职。1766年，他继科兰任爱丁堡的化学教授，直到1799年他坐在椅子上平静地死去为止。他最后一次任教是在1796—1797年度。布莱克讲课很受欢迎，他备课和准备讲课实验很认真。他有一个学生叫本杰明·拉士(1745—1813年)，后来(从1799年起在费拉德尔非亚)成为美国第一位化学教授。
布莱克一般不重视假设，除非它是建立在实验基础上。他欢迎拉瓦锡的新观点，也正是出于这个理由才教授它。罗比逊说：“从没有任何对化学知识的特殊趣味的学生听他课的笔记中，都可以归纳出许多东西。”学生记录他讲课的手抄本仍保存着：某些讲课记录1770年在伦敦匿名发表，题目是《热的一般效应之探求，兼评混合物理论》；罗比逊在1803年在爱丁堡出版了更完整的记录：《化学原理讲义，已故约瑟夫·布莱克在爱丁堡大学授课，现据他的手稿出版》。
布莱克做过熔解和蒸发潜热的重要实验，并约从1758年起(完全的是在1761年)在讲课中加以阐述。大约在1760年，他确认物体有不同的热容量或比热容。他的潜热观念对当时的格拉斯哥的仪器制造者詹姆斯·瓦特在1765年发明改进的冷凝蒸汽机有很大助益。
（第四节）布莱克关于碱类的研究
布莱克证明把白镁氧（碱式碳酸镁，xMgCO3，yMg(OH)2，zH2O）加热，放出一种气体，他称为固定空气，这就是范·海尔孟的“野气”。残余物烧镁氧比白镁氧轻且更显碱性。布莱克把称量过的白镁氧放在玻璃曲颈甑中加热，发现“在这种粉末的挥发性成分中，只有一小部分是水；其余的似乎不能以可见形式容纳在容器中……焙烧镁氧失去的挥发性物质大都是空气，所以，烧镁氧同酸混合时不放出空气也不起泡”。由此：
白镁氧=烧镁氧+水+固定空气
白镁氧+酸=镁氧盐+固定空气
烧镁氧+酸=镁氧盐
布莱克提到黑尔斯曾“证明碱性盐含有大量固定空气，加入纯酸后，它们就大量逸出”。布莱克也做过关于在烧瓶中的白镁氧用酸处理重量减少的实验。
布莱克进而转移注意力于石灰石和生石灰，弱性碱及苛性碱。他发现石灰石加酸后冒气泡，放出固定空气。把石灰石加热就生成生石灰（与白镁氧显著不同)和极微量的水，相当大的重量减少是由于固定空气的逸出：
石灰石=生石灰+固定空气(1)
在布莱克时代，人们已经知道三种碱：植物的(钾碱)、海水的(钠碱)和挥发的(氨)，每种碱都有弱性的及苛性的两种。当时已经知道，弱性碱(碳酸盐)用熟石灰处理后可转变为苛性碱。杜哈美在1736年及马格拉夫在1757年已经通过化学实验区别开钾碱和钠碱。杜哈美在1747年已经证明，石灰石燃烧成生石灰时，重量减少，当把生石灰暴露在空气中又能慢慢复原。布莱克发现，如果一定重量的石灰石按照方程式(1)转变为生石灰，那么把生石灰用水熟化，再把所得熟石灰与弱性碱(碳酸钾)一起煮，弱性碱就转变为苛性碱，并且复原得原有重量的石灰石：
生石灰+弱性碱=石灰石+苛性碱(2)
由方程式(1)和(2)证明：
弱性碱=苛性碱+固体空气(3)
“假如把生石灰同溶解的碱混合，它表现出对固定空气的吸引力超过对碱的吸引力。生石灰夺去盐中的空气，本身变为弱性的，而碱变得腐蚀性更大，或者说表现其天生的苛性程度即对水的强烈的吸引力。它被空气饱和时间越长，这种吸引力就越不显著。挥发性碱(碳酸铵)，如果除掉其中的空气，除了上述对各种物体吸引之外，同样表现出其天然的挥发性，原先这种挥发性由于它被空气固着，多少被抑制了，这正如由于加入酸被抑制一样。”
又“正如石灰土质和碱质强烈地吸引酸，并能与酸饱和，它们同样也吸引固定空气，并在寻常状态下与固定空气饱和，如果我们把酸和碱质或土质混合，就有固定空气放出……这是因为碱性物体吸引空气比吸引酸的力量弱，并且因为酸和空气不能同时与同一物体结合”。
把石灰石溶解在酸中，就产生气泡，放出固定空气，并生成盐。在此溶液中，加入弱性碱，原来重量的石灰石又沉淀出来，这时不产生气泡是因为弱性碱中的固定空气与石灰结合生成石灰石。熟石灰不含有比其余组分更有苛性的任何组分，且“因它的任何组分可溶于水，所以整体也能被溶解”。苛性碱不含或仅含微量已经被水溶解的生石灰。
“生石灰并不吸引最寻常的这种空气，但能够与特殊的一种空气结合……这种空气，我们已经命名为固定空气，这名称可能很不合适，但是我觉得用一个在哲学中常见的字，总比在对这个物质有更充分的认识之前，就发明一个新名字更妥当一些。”固定空气的定义与范·海尔孟的气体的定义是一致的，这词也是布莱克从范·海尔孟那里借来的。
德国的化学家约翰·腓特烈·迈耶尔在1764年出的一本书中反对布莱克的理论，这本书有一个特别的题目，即《关于生石灰、弹性物质、电物质、纯火质、原万用酸的性质的化学实验》。迈耶尔认为，石灰石燃烧时，从火中取走“油状酸”，当“油状酸”转移到弱性碱上，弱性碱就变成苛性碱。因为石灰石和碱总是加酸产生气泡，所以加酸不产生气泡的生石灰和苛性碱已经被“油状酸”所饱和。雅克昆(1769年)捍卫了布莱克的理论，温采尔(1777年)也接受了这理论。威格里布(1767年)、克朗兹(1770年)和斯迈斯(1772年)支持迈耶尔的理论。拉瓦锡（《物理化学简论》1774年）高度赞赏迈耶尔的著作，还把许多布莱克的工作归功于雅克昆。
布劳汉姆勋爵说布莱克曾在课堂上演示从蜡烛上的瓶中滗析固定空气的实验；他还通过一管子呼气到石灰水中，石灰水变浑浊，证明呼出的空气中含有固定空气，并且证明把空气鼓到红热木炭上生成固定空气。麦克布莱德更进一步做了一些固定空气的实验，柏格曼在1774年发表关于固定空气的长篇论文，称它为“气酸”。1772年，普里斯特利说，“固定空气可能有酸的性质(尽管酸性很弱很特别)，这事不是没有可能的……我荣幸地收到了乌普萨的柏格曼先生的信，关于这个问题……他说，固定空气能使蓝石蕊汁变红”。布莱克已经明确说过：固定空气的性质像酸。他还确知它对动物的作用，它是由呼吸、发酵和燃烧木炭产生，并推知空气中存在少量的固定空气(1757年)。
（第五节）卡文迪许
亨利·卡文迪许——虽然他是得文郡的公爵二世的孙子，但冠以贵人是不对的——他受过良好教育，献身于科学研究，他把城中邸宅装备成一个实验室。他性格孤僻，特别怕羞，不让别人给他画像，现在仅存的他的画像是画家暗中速写的。布劳汉姆勋爵说卡文迪许“一生中说的话可能比任何活到80岁的人都少”。虽然他并不吝啬，他死时还是很富有的。
除了他的化学研究工作以外卡文迪许还做过热学和电学方面的重要研究，但大都没有发表。他头一个测定盐溶液的电导率，他能区别开电量和场强。他证明中空导体内部没有电荷，从而给反平方定律一个实验证明。
图33亨利·卡文迪许(取自大英博物馆中的肖像)
他做过关于潜热和比热容的实验——可能知道一些布莱克的实验和理论——他反对热质学说，他认为热存在于物体粒子的内部运动中，他说这是“伊萨克·牛顿爵士的意见”，但实际上这是弗朗西斯·培根的意见。1785年后，卡文迪许似乎没做什么化学实验。
（第六节）卡文迪许关于气体的实验
卡文迪许的头一个化学著作是他的论文(《论人工空气》，1766年)，论文分成三部分。“人工空气”这词波意耳已经用过。
图34卡文迪许的操作气体的装置
卡文迪许说：“所谓人工空气的意思是指任何种类的空气，它以非弹性状态含于其他物体中，并可通过人工方法从中提取出来”，并举布莱克的固定空气为例。他描述过的气体的操作方法有：把气体收集到装满水的瓶中(瓶倒置在没有架子的集气槽中，用绳把瓶支住)；使气体通过水下面的漏斗向上流，从而把一个瓶中的气体转移到另一个瓶中；利用虹吸管和静液压力把气体从瓶中转移到膀胱中(图34)。
卡文迪许发现，如空气中含有占总体积高的固定空气就会使蜡烛熄灭，室温下的水可以吸收固定的体积比水本身的体积稍多一些，冷时可吸收更多一些，酒精吸收固定空气的体积是其本身体积的9/2倍。
他注意到固定空气在碱中的溶解度。他在水银面上把固定空气收集到圆筒中。他还用图35所示的装置测定酸从石灰石、大理石、珍珠灰(K2CO3)等排出的固定空气的重量。首先放入酸，称瓶及管重再放入称过的固体，然后用杏仁糊和胶构成的封泥封固，干燥管中盛有碎滤纸。
图35卡文迪许的求反应放出的气体重量的装置
在他关于可燃空气（氢，波意耳已收集过）的实验中，卡文迪许是用稀硫酸和氢氯酸(盐精)与锌、铁、锡作用来制取氢的。他发现“不管用什么酸来溶解同样重量的某种金属，均得到相同量的同样气体”，所以它推断氢来自金属，而不是来自酸，他称之为“从金属来的可燃空气”。卡文迪许是燃素学说的信仰者，他把金属和酸的作用表示为：
烧渣+金属+酸=烧渣+酸盐+可燃空气
卡文迪许说，“它们的燃素(即金属中的燃素)未曾被酸改变其性质而跑掉了，成为可燃空气”。这气体可能不是来自酸，因为富有燃素(同金属类似)的植物腐烂或者干馏也放出可燃空气。金属与热浓硫酸作用放出“硫素蒸气”(SO2)，他认为这是硫酸和燃素的化合物；金属与硝酸作用放出红烟，他认为这是硝酸和燃素的化合物。
可燃空气不溶于水及碱中，这与固定空气不同。卡文迪许发现可燃空气和空气组成爆炸混合物，其中3体积可燃空气和7体积普通空气的混合物爆炸最猛烈(他没有试验2∶5的比例)。他用两种方法测定其密度。第一种方法，他用可燃空气充满称过的“容量”为80盎司(通过测量周长)的膀胱，发现减少了41喱，根据以前实验家测得的普通空气的密度的数值，可算出可燃空气比普通空气轻7倍或10810倍(正确的数值应为14．4)。第二种方法，他用图35的装置，把已知重量的金属溶解于酸，求出减少的重量。在这种情形下，把干燥管用珍珠灰充满，用来吸收水气和溅出的酸，珍珠灰与酸作用生成二氧化碳且固定成为碳酸氢钾。用这种方法，卡文迪许求出可燃空气比普通空气轻11倍。
