18世纪70年代初，卢瑟福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。
18世纪70年代中期，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，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，普利斯特里发现了氧。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，瑞典化学家舍勒在卢瑟福和普利斯特里研究氮气的同时，也在从事这一研究，他可算是第一个认为氮是空气成分之一的人。他用硝酸盐（硝酸钾和硝酸镁）、氧化物（氧化汞）加热，制得“火气”，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，但普利斯特里却与成功失之交臂。
法国化学家拉瓦锡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，就做了一个研究空气成分的实验。在试验中，他摆脱了传统的错误理论燃素说的束缚，尊重事实，做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。
18世纪70年代后期，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”；另一种是不助燃、无助于生命的气体，命名为氮，意思是“不能维持生命”。
18世纪80年代中期，英国化学家卡文迪许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，英国物理学家瑞利于19世纪末发现从含氮的化合物中制得的氮气每升重1.2505克，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572克，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。瑞利沿用卡文迪许的放电方法从空气中除去氧和氮；英国化学家拉姆塞把已经除掉二氧化碳、水和氧气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。
19世纪60年代末的一天，在印度发生了日全食，法国天文学家严森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19世纪90年代中期，从铀酸盐的矿物和其他铀矿处中被发现的。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。
接着，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”）。
19世纪的最后一年，德国物理学教授道恩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”）。
空气的发现历史告诉青少年，化学上的任何发现和成果都是来之不易的，都是许多人心血和智慧的结晶，应该倍加珍惜，妥善运用。
氨气的发现和合成
我们知道，氮肥是最重要的农业肥料，它的主要成分是氨。19世纪，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题，于是开始设计以氮和氢为原料的合成生产氨的流程。
利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。
18世纪20年代后期，英国的牧师、化学家哈尔斯，用氯化铵与石灰的混合物在以水封闭的曲颈瓶中加热，只见水被吸入瓶中而不见气体放出。18世纪70年代中期，化学家普利斯德里重做这个实验，采用汞代替水来密闭曲颈瓶，制得了碱空气（氨）。
19世纪末，法国化学家勒夏特利是最先研究氢气和氮气在高压下直接合成氨的反应。很可惜，由于他所用的氢气和氮气的混合物中混进了空气，在实验过程中发生了爆炸。
虽然在合成氨的研究中化学家遇到的困难不少，但是，德国的物理学家、化工专家哈伯和他的学生勒·罗塞格诺尔仍然坚持系统的研究。起初他们想在常温下使氨和氢反应，但没有氨气产生。他们又在氮、氢混合气中通以电火花，只生成了极少量的氨气，而且耗电量很大。后来才把注意力集中在高压这个问题上，他们认为高温高压是最有可能实现合成反应的。
但什么样的高温和高压条件为最佳？以什么样的催化剂为最好？这还必须花大力气进行探索。以锲而不舍的精神，经过不断的实验和计算，哈伯终于在20世纪初取得了鼓舞人心的成果。这就是在600℃的高温、200个大气压和以锇为催化剂的条件下，能得到产率约为8％的合成氨。8％的转化率不算高，当然会影响生产的经济效益。哈伯知道合成氨反应不可能达到像硫酸生产那么高的转化率，在硫酸生产中二氧化硫氧化反应的转化率几乎接近于100％。怎么办？哈伯认为若能使反应气体在高压下循环加工，并从这个循环中不断地把反应生成的氨分离出来，则这个工艺过程是可行的，于是他成功地设计了原料气的循环工艺。这就是合成氨的哈伯法。
哈伯把他们取得的成果介绍给他的同行和巴更苯胺纯碱公司，并在他的实验室做了示范表演。尽管反应设备事先做了细致的准备工作，可是实验开始不久，有一个密封处就受不住内部的压力，于是混合气体立即冲了出来，发出惊人的呼啸声。
他们立即把损坏的地方修好，又进行几小时的反应后，公司的经理和化工专家们亲眼看见清澈透明的液氨从分离器的旋塞里一滴滴地流出来。但是，实验开始时发生的现象确实是一个严重的警告，说明在设计这套装置，必须采取各种措施，以避免不幸事故发生。哈伯的那套装置，在示范表演后的第二天发生了爆炸。整个设备顷刻之间变成一堆七歪八扭的烂铁。随后，刚刚安装好的盛着催化剂锇的圆柱装置也爆炸了。这时金属锇粉遇到空气又燃烧起来，结果，把积存备用的价值极贵的金属锇几乎全部变成了没有多大用处的氧化锇。
尽管连续出了一些爆炸事故，但巴登公司的经理布隆克和专家们还是一致认为这种合成氨方法具有很高的经济价值。于是该公司不惜耗巨资，还投入强大的技术力量，并委任德国化学工程专家波施将哈伯研究的成果设计付诸生产。波施花了整整5年的时间主要做了两项工作。
第一，从大量的金属和它们的化合物中筛选出合成氨反应的最适合的催化剂。在这项研究中波施和他的同事做了两万多次实验，才肯定由铁和碱金属的化合组的体系是合成氨生产最有效、最实用的催化剂，用以代替哈伯所用的锇和铀。第二，建造了能够耐高温和高压的合成氨装置。最初，他采用外部加热的合成塔，但是反应连续几小时后，钢中的碳与氨发生反应而变脆，合成塔很快地报废了。后来，他就将合成塔衬以低碳钢，使合成塔能够耐氢气的腐蚀。第三，解决了原料气氮和氢的提纯以及从未转化完全的气体中分离出氨等技术问题。经波施等化工专家的努力，终于设计成了能长期使用的操作合成氨装置。
哈伯合成氨的第二年，巴登苯胺纯碱公司建立了世界上第一座合成氨试验工厂，三年后建立了大工业规模的合成氨工厂。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径，更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。合成氨的研究来自正确的理论指导，反过来合成氨生产工艺的研究又推动了科学理论的发展。
1914年世界大战爆发，民族沙文主义所煽起的盲目的爱国热情将哈伯深深地卷入战争的漩涡。他所领导的实验室成了为战争服务的重要军事机构：哈伯承担了战争所需的材料的供应和研制工作，特别在研制战争毒气方面。他曾错误地认为，毒气进攻乃是一种结束战争、缩短战争时间的好办法，从而担任了大战中德国施行毒气战的科学负责人。
根据哈伯的建议，德军把装盛氧气的钢瓶放在阵地前沿施放，借助风力把氯气吹向敌阵。第一次野外试验获得成功。接着，在德军发动的伊普雷战役中，在6公里宽的前沿阵地上，德军 5分钟内施放了180吨氯气，约一人高的黄绿色毒气借着风势沿地面冲向英法阵地（氯气比重较空气大，故沉在下层，沿着地面移动），进入战壕并滞留下来。这股毒浪使英法军队感到鼻腔、咽喉的痛，随后有些人窒息而死。这样英法士兵被吓得惊慌失措，四散奔逃。据估计，英法军队约有15000人中毒。这是军事史上第一次大规模使用杀伤性毒剂的现代化学战的开始。毒气所造成的伤亡，连德国当局都没有估计到。
然而使用毒气进行化学战，在欧洲各国遭到人民的一致谴责。哈伯也因此在精神上受到很大的震动，战争结束不久，他害怕被当作战犯而逃到乡下约半年。
战后，哈伯庄严地声明：“40多年来，我一直是以知识和品德为标准去选择我的合作者，而不是考虑他们的国籍和民族，在我的余生，要我改变认为是如此完好的方法，则是我无法做到的。” 科技的发明对人类而言，永远都是把双刃剑。用得好，会为人类的发展做出贡献，用不好，则会带来难以想象的后果。发明化学毒气不是化学家的错，而是被战争集团利用的结果。因此，化学武器在战场上的运用与化学家没有必然的联系，这也不是哈伯的错。
科技的发明对人类而言，永远都是把双刃剑。用得好，会为人类的发展作出贡献，用不好，则会带来难以想象的后果。发明化学毒气不是化学家的错，而是被战争集团利用的结果。因此，化学武器在战场上的运用与化学家没有必然的联系，这也不是哈伯的错。
异想天开的发现——磷
磷是众所周知的化学元素，它原文的意思叫做“冷光”。民间传说中的“鬼火”，就是一种磷的氢化物产生的自燃现象。人及动物的尸体腐烂分解而形成磷的氢化物。它是一种气体，当遇到空气，就会自动地燃烧起来。我国古代又把鬼火叫成燐火，因此我国就把叫做“冷”光的物质叫做“燐”。由于磷是非金属元素，常温下单质为固态，于是又把原来的“火”字旁改为“石”字旁，写成“磷”。这也是用中文汉字对化学物质命名的一大特色。
令人感到有趣的是，最早发现的磷是从尿液中提炼出来的。在那时，谁也不知道人和动物的尿液里到底含有什么东西，而当时有一个想发财的商人，千方百计地寻找生财之道，偶尔听人说，从人的尿液里可以制造出黄金或是能够点石成金的宝贝。于是他就偷偷地收集了大量的尿液，一点一点地慢慢蒸干后，又胡乱地加上各种各样的东西，今天用煮的办法，明天又用烧烤的办法，一次一次地干下去，终于有一次，他发现了一种在黑夜中能发出荧光的物质。这就是他初次得到的磷，一小块白色柔软的白磷（磷的一种单质）。这是17世纪60年代末的事，这个人的名字叫波兰特，是德国汉堡人。
尿液的成分，除了绝大部分水之外，主要的是尿素。此外还有一些新陈代谢的废物，其中便含有极少量的硫、磷等元素，而且是以极其复杂的有机化合物的形式存在的，只有在经过长时间的发酵蒸发后，才能变成磷酸盐。磷原来以多种形式的化合状态，遍布于人及动物体内，主要有各种酶及促使营养成分发生同化作用，为生理需要提供活力机制的，含磷的有机化合物也存在于骨骼和牙齿中。平常，我们所吃的食物里，都普遍的含有磷。同时由于饮食情况的不同，排泄物中所含磷的量也有所不同。磷可以形成各种各样的化合物，要用磷的化合物来制取单质，都需要经过复杂的化学反应。工业生产上，经常是用磷矿石为原料，加上石英和焦炭，再经过1500℃的高温，而产生的磷蒸汽，在隔绝空气的状态下，冷凝到凉水中，成为固体的白磷。
真是无巧不成书，波兰特经过几十次的改变配方，更换方法，他居然在一次将尿渣、沙子和木炭放在米中加热时，用水冷却产生的蒸汽而得到单质磷。这种十分巧合的事，实在是很少有的。当制出奇怪发光的宝物时，波兰特真是惊喜若狂，他想如果要发财，制法就要十分保密。他得到磷的消息在外界传开以后，人们只知道他是用尿做实验，于是便有很多人也想碰运气地做了起来。德国人孔柯尔居然在17世纪80年代后期，也从尿渣中制出了磷，其做法跟波兰特的方法如出一辙。17世纪80年代初英国的化学家波义耳和他的助手德国人亨克维茨，独立地从尿中制出了磷，并对制法加以改进，大量生产使其成为商品。18世纪70年代中期瑞典化学家舍勒，又从骨头中制出了磷。磷从此有了正式的名称，叫“发光体”。