拉瓦锡1743年8月26日出生于巴黎一个富裕的律师家庭。5岁那年他母亲因病去世，从此他在姨母照料下生活。11岁时，他进入当时巴黎的名校——马沙兰学校。21岁，他取得律师的资格。他的家庭打算让他继承父业，成为一个开业律师，然而在大学里他已对自然科学产生了浓厚的兴趣，主动拜一些著名学者为师，学习数学、天文、植物学、地质矿物学和化学。从20岁开始，他坚持每天做气象观测，假期还跟随一名地质学家到各地作地质考察旅行。
1765年，法国科学院以重奖征集一种使路灯既明亮又经济的设计方案，22岁的拉瓦锡勇敢地参加了竞赛。他的设计虽然未获得奖金，但被评为优秀方案，荣获国王颁发的金质奖章，这项活动给崭露头角的拉瓦锡以很大的鼓舞，使他更热情地投入科学研究的事业中，同时他的科研才华也开始引起了科学界的注目。1768年他被任命为法国皇家科学院的副会员，逐渐成为科学界乃至政界的一位新星。
1768年，拉瓦锡选择的一个研究课题是验证水能否变成土。在当时，许多人都相信水能变成土。人们也时常发现在容器中煮沸水，时间长了总会有沉淀物生成。然而，对于这种解释，拉瓦锡一直持怀疑态度。他是一个善于独立思考的人，不经过自己的实验验证的东西，决不轻信。为此，他设计了一个验证实验。他采用一种欧洲炼金术中使用过的很特别的蒸馏器。这种蒸馏器能使蒸馏物被反复蒸馏。他将蒸馏器称重，然后加入一定重量的经过3次蒸馏的蒸馏水。密封后点火加热，保持微热，同时进行观察。两周过去了，水还是清的。第三周周末开始出现很小一点固体，随后慢慢变大，第八周固体因增长而沉淀下来。就这样连续加热了101天，蒸馏器中的确产生了固体沉淀物，冷却后，他首先称了总重量，发现总重量与加热前相比没有变化。他又分别对水、沉淀物、蒸馏器进行称量，结果是水的重量没变，沉淀物的重量恰好等于蒸馏器所减少的重量。据此，拉瓦锡写论文驳斥了水转化为土的谬说。
1772年9月，拉瓦锡开始对燃烧现象进行研究。早在1702年，德国化学家斯塔尔认为金属在煅烧中放出了燃素，而后产生了金属灰。斯塔尔的“燃素说”出现之后很快被化学界接受，成为18世纪占统治地位的化学理论。拉瓦锡在研究了化学史的概况和前辈化学家的成果之后，对“燃素说”提出了质疑，并决心揭开真相。首先他对磷、硫等易燃物的燃烧进行观察和测定，他发现磷、硫在燃烧中增重是由于吸收了空气。于是他想到，金属在煅烧中增重，是否出于同一原因？1774年，他做了煅烧金属的实验。他将已知重量的锡放入曲颈瓶中，密封后称其总重量，然后经过充分加热使锡灰化。待冷却后，称其总重量，确认其总重量没有变化。而后在曲颈瓶上穿一小孔，发现瓶外空气带着响声冲进瓶内，再称其总重量和金属灰的重量，发现总重量增加的值恰好等于锡变成锡灰后的增重。拉瓦锡又对铅、铁等金属进行了同样的煅烧实验，得到相同的结论。由此，拉瓦锡认为燃烧金属的增重是金属与空气的一部分相结合的结果。那么，与金属相结合的空气成分又是什么呢？
1774年10月，英国化学家普利斯特列访问巴黎。在拉瓦锡举行的欢迎宴会上，普利斯特列告诉拉瓦锡，在3个月前，他曾在加热水银灰的实验中发现一种具有显著助燃作用的气体。这信息给拉瓦锡以启示，他立即着手汞灰的合成和分解。实验使拉瓦锡确信，燃烧中与金属相结合的绝不是燃素，可能是最纯净的空气。
1775年末，普利斯特列发表了关于氧元素的论文后，拉瓦锡恍然大悟，原来这种特殊物质是一种新的气体元素。随后，他对这种新的气体元素的特质进行了认真的考察，确认这种元素除了助燃、助呼吸外，还能与许多非金属物质结合，生成各种酸，为此他把这种元素命名为“酸素”。对氧气作了系统研究后，拉瓦锡明确地指出：空气本身不是元素，而是混合物，它主要由氧气和氮气组成。1778年他进而提出，燃烧过程在任何情况下，都是可燃物质与氧的化合，可燃物质在燃烧过程中吸收了氧而增重，所谓的“燃素”实际上是不存在的。拉瓦锡关于燃烧的氧化学说终于使人们认清了燃烧的本质，并从此取代了燃素学说，统一地解释了许多化学反应的实验事实，为化学发展奠定了重要的基础。因此，氧气的发现在化学发展史上被认为是一个很重要的里程碑。
就在拉瓦锡在科学研究上取得一个又一个的重要进展时，1789年法国爆发了资产阶级大革命，包括拉瓦锡在内的60人组成的征税承包商集团成为了革命的对象。1793年，革命政权逮捕了包括拉瓦锡在内的包税商。1794年5月8日，拉瓦锡从容不迫地上了断头台。一位杰出的科学家正当他事业兴旺时，落得这样一个可悲的结局，当时和后来的许多人都对此深感惋惜。
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氮气早在1772年就被发现了，但却被赋予了一个错误的名称——“废气”，意思是“用过的气”，也就是没有燃素的气，因此不会再被用作燃烧的气。拉瓦锡却发现这种气体实际上是由一种被称为氮的气体构成的，因为它“无活力”。后来，他又识别出了氢气，这个名称的意思是“成水的元素”。拉瓦锡还研究过生命的过程，他认为，从化学的观点看，物质燃烧和动物的呼吸同属于空气中氧所参与的氧化作用。
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