Antoine Lavoisier

Efnafræði 18. öld
Nafn:	Antoine Lavoisier
Fæddur:	26. ágúst 1743
Látinn	8. maí 1794
Svið:	Varmafræði
Helstu viðfangsefni:	Varmafræði, sýrur og basar, oxun og afoxun, nafnakerfi
Markverðar uppgötvanir:	Lögmálið um varðveislu massa, Súrefniskenningin, bar kennsl á vetni
Helstu ritverk:	Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes
Alma mater:	Collège des Quatre-Nations, Univeristy of Paris

Antoine Lavoisier (26. ágúst 1743 – 8. maí 1794) var franskur efnafræðingur. Framlag hans til efnafræðinnar var gífurlegt og er hann oft kallaður faðir nútímaefnafræðinnar. Lavoisier tókst á vísindaferli sínum að umbylta því hvernig hin vísindalega aðferð var notuð í efnafræðirannsóknum og hversu nákvæmlega niðurstöður voru skráðar niður, það mætti segja að hann hafi gert efnafræði að almennilegri vísindagrein. Lavoisier er einna þekktastur fyrir það að átta sig á hlutverki súrefnis við bruna, hann barðist í áraraðir fyrir því að súrefniskenning hans yrði samþykkt en á þessum tíma var allt vísindasamfélagið sammála um að flógistonkenningin væri rétt. Lavoisier áttaði sig líka á að vatn væri efnasamband, að brennisteinn og fosfór væru frumefni en ekki efnasambönd og svo spáði hann fyrir um tilvist kísils. Lavoisier setti saman fyrsta almennilega listann yfir frumefni og bjó til almennt nafnakerfi fyrir sýrur og oxíð sem er enn notað í dag, rúmum tvöhundruð árum seinna. Uppgötvanir Lavoisiers og hugmyndir hans um hvernig skyldi framkvæma vísindalegar rannsóknir gjörbreyttu efnafræðinni sem fræðigrein og er þetta framlag hans til efnafræðinnar stundum kallað efnafræðibyltingin.

Æviágrip

Yngri ár og menntun

Antoine-Laurent Lavoisier var fæddur 26. ágúst 1743 í París í Frakklandi. Hann fæddist inn í ríka fjölskyldu, faðir hans var lögmaður og móðir hans var af góðum ættum. Þegar Lavoisier var 5 ára lést móðir hans og var hann því að miklu leiti alinn upp af frænku sinni, Mademoiselle Constance Punctis sem tryggði honum góða menntun. Hann hóf nám við Mazarin háskóla þegar hann var 11 ára og nam þar lögfræði eins og faðir hans. Meðan á náminu stóð kynntist hann jarðfræðingnum Jean-Étienne Guettard og heillaðist af náttúruvísindum.

Fyrstu rannsóknir

Eftir útskrift hóf hann feril sem lögfræðingur en hætti því fljótlega til að vinna við efnafræði- og jarðfræðirannsóknir með Guettard. Lavoisier var á þeirri skoðun að nauðsynlegt væri að vera eins nákvæmur og mögulegt væri í rannsóknum og passa að allar rannsóknir væru vel útskýrðar í vinnubókum svo mögulegt væri að endurtaka þær, hann vildi helst að efnafræðitilraunir væru gerðar á svipaðan hátt og eðlisfræðitilraunir og hugsaði að það væri í raun ekki víst hvort það væri hægt að aðskilja efnafræði og eðlisfræði. Nákvæmni Lavoisiers og góð vinnubrögð áttu seinna eftir að endurskilgreina hvað teldist ásættanleg efnafræðitilraun.

Strax í upphafi vísindaferils Lavoisiers skilaði nákvæmni hans sér, með því fyrsta sem hann gerði á sviði vísinda var að sýna fram á efnasamsetningu gifs og múrblanda sem notaðar voru í París og er sú vitneskja gagnleg enn þann dag í dag. Lavoisier var kosinn inn í vísindaakademíuna 25 ára gamall fyrir nákvæmar mælingar og merkar uppgötvanir.

Marie-Anne Lavoisier

Árið 1771 giftist Lavoisier Marie-Anne Pierrette Paulze. Hún var bráðgáfuð og hafði mikinn áhuga á rannsóknum eiginmanns síns. Marie-Anne Lavoiser var menntuð í myndlist og sá um að skrá niðurstöður í vinnubók eiginmanns síns og teiknaði mjög nákvæmar myndir af öllum tækjabúnaði sem notaður var í tilraunum hans. Hún var einnig menntuð í ensku, þýsku og latínu og þýddi greinar frá breskum, bandarískum og þýskum efnafræðingum svo að Antoine Lavoisier gæti fylgst betur með vendingum í efnafræði .

Flógistonkenningin

Þegar Lavoisier útskrifaðist frá Mazarin háskóla 17 ára gamall var varla hægt að kalla efnafræði almennilega fræðigrein. Efnafræðin byggðist enn að miklu leiti upp á heimspekilegum pælingum forngrikkja. Hin fjögur frumefni Aristótelesar voru enn að einhverju leiti viðurkennd. Sérstaklega á það við um eldinn. Á fyrri hluta 18. aldar kom þýski vísindamaðurinn Georg Ernst Stahl fram með kenningu um að allir hlutir sem hægt væri að brenna innihéldu frumefni sem hann kallaði flógiston.

Kenninguna byggði hann á kenningu lærimeistara síns, Johann Joachim Becker sem vildi meina að það væru þrjár týpur af jörð og ein þeirra, terra pinguis, væri ástæðan fyrir því að sumir hlutir gætu brunnið. Samkvæmt flógistonkenningunni þá tapaði efni flógiston þegar það brann. Stahl trúði því líka að oxun málma væri týpa af bruna. Þegar málmoxíð var hitað í flógistonríku umhverfi, til dæmis með kolum, þá breyttist það í hreinan málm og vildi Stahl meina að flógistonið hefði þá færst úr kolunum yfir í málminn. Þarna komu hnökrar á kenninguna. Ef málmur er hitaður breytist hann í málmoxíð sem er þyngra  en upphaflegi málmurinn. Samkvæmt Stahl þá losnaði flógiston úr málminum við oxun sem myndi þýða að flógiston hefði neikvæðan massa.

Lavoisier kynntist flógistonkenningunni á fyrirlestri hjá Guillaume François Rouelle sem hann fór á þegar hann var enn í lögfræðinámi. Árið 1772 eftir að hann hafði gefist upp á lögfræðinni til að fara í vísindarannsóknir hóf hann að rannsaka bruna.

Lavoisier sýndi fram á að bæði brennisteinn og fosfór, sem brenna mjög auðveldlega, þyngdust við brunann. Hann hugsaði að það hlyti að vera að efnin væru að hvarfast við loftið. Hann sýndi jafnframt fram á árið 1774 að þegar lokað glerílát með tini og lofti var hitað og tinoxíð myndaðist þá var massi glersins, tinsins og loftsins fyrir efnahvarfið sá sami og massi glersins, tinoxíðsins og afgangs loftsins eftir efnahvarfið, út frá þessum niðustöðum lagði hann fram kenningu um að efni gætu ekki myndast né eyðst og er þetta nú kallað lögmálið um varðveilsu massa. Þó svo að Lavoisier fái yfirleitt heiðurinn á lögmálinu um varðveislu massa þá var hann alls ekki fyrstur til að koma fram með þessa hugmynd, sem dæmi má nefna rússneska efnafræðinginn M. V. Lomonosov, Henry Cavendish, Joseph Black og franska lækninn Jean Rey sem gaf út rit rúmum tveimur öldum fyrir tíð Lavoisiers þar sem hann útskýrir þetta lögmál. Það er því ekki hægt að segja að Lavoisier eigi heiðurinn á þessu lögmáli þó svo að hann hafi kannski komið því skilvirkast frá sér og útskýrt það best þó svo að margir efnafræðingar þessa tíma hafi áttað sig á þessu lögmáli áður en Lavoisier áttaði sig á því.

Eftir að Lavoisier tók eftir því að loft hvarfaðist við brennistein og fosfór tók hann eftir því að við hitun blýoxíðs losnaði einhvert gas út í loftið. Þessar uppgötvanir voru ekki útskýrðar með flógistonkenningunni. Þetta er upphaf þess sem varð síðar að súrefniskenningu Lavoisiers, sem er stór þáttur af því sem var síðar kallað efnafræðibyltingin og hin nýja efnafræði.

Joseph Priestley og uppgötvun súrefnis

Á þessum tíma var ekki vitað hver efnasamsetning andrúmsloftsins væri og vissi Lavoisier því ekki við hvað efnin voru að hvarfast í loftinu. Á svipuðum tíma var enski náttúruheimspekingurinn Joseph Priestley að vinna að svipuðum rannsóknum og Lavoisier.

Hann hitaði kvikasilfursoxíð og komst að því að það losnaði gas við efnahvarfið. Við frekari rannsóknir sá hann að þegar kertalogi var settur í gasið brann hann heiftarlega og þegar mýs voru látnar lifa í slíku lofti þá lifðu þær lengur og voru frískari. Þessa lofttegund kallaði hann afflógisterað loft (e. dephlogisticated air) þar sem hlutir brunnu betur í þessari lofttegund og ættu þar af leiðandi auðveldar með að losa flógiston út í loftið.

Lavoisier endurtók tilraunir Priestleys og komst að þeirri niðurstöðu að loft væri ekki úr einu efni. Hann setti fram þá tilgátu að loft væri blanda af tveimur efnum, annars vegar efni sem stæði á bakvið oxun málma,bruna og hjálpaði til við öndun lífvera og hins vegar óhvarfgjarnt efni sem tæki hvorki þátt í bruna né við öndun lífvera. Lavoisier nefndi lofttegundina sem Priestley hafði uppgötvað oxygène, sem þýðir „sýrumyndandi“ á grísku, af því að hann taldi að allar sýrur innihéldu þetta efni, það er einnig ástæðan fyrir íslenska heitinu súrefni.

Þessi kenning Lavoisiers um að allar sýrur innhéldu súrefni var ekki galin, til að mynda myndast brennisteinstvíoxíð við bruna brennisteins en þegar brennisteinstvíoxíðið hvarfast við vatn myndast brennisteinssýra. Á sama hátt myndast tvífosfórpentaoxíð við bruna fosfórs sem myndar svo fosfórsýru við það að hvarfast við vatn.

Sönnun Lavoisiers á að vatn væri ekki frumefni

Árið 1766 birti enski efnafræðingurinn Henry Cavendish þrjú rit um lofttegundir þar sem hann útskýrði hvernig hann hafði einangrað gastegundir sem hann kallaði eldfimt loft (e. inflammable air) og svo stöðugt loft (e. fixed air), hið fyrrnefnda er núna kallað vetni og hið síðarnefnda koltvíoxíð.

Priestley tók eftir því að þegar hann kveikti í blöndu af afflógisteruðu lofti og eldfimu lofti í lokuðu glerhylki myndaðist móða á glerveggjunum. Cavendish endurtók þessa tilraun Priestleys og komst að því að þessi móða sem myndaðist væri vatn. Cavendish hugsaði að það hlyti að vera að lofttegundirnar sem hann brenndi innihéldu vatn, hann komst að þeirri niðurstöðu að afflógisterað loft væri í raun afflógisterað vatn og að eldfimt loft væri annað hvort hreint flógiston eða flógisterað vatn.

Þar sem súrefniskenning Lavoisiers byggðist á því að súrefni blandist við efni við bruna þá komst hann að því eftir að hafa sjálfur endurtekið tilraun Priestleys að vatn hlyti að vera blanda af súrefni og eldfimu lofti og væri þar af leiðandi ekki frumefni.

Til að staðfesta þessa kenningu klauf hann vatn og sýndi fram á að myndefnin voru súrefni og eldfimt loft, Lavoisier nefndi eldfima loftið hydrogen eða „vatnsmyndandi“ á grísku, á íslensku ber þetta efni heitið vetni. Kenning Lavoisiers um að vatn væri búið til úr vetni og súrefni gat útskýrt myndun vetnis þegar málmar voru leystir upp í sýru, vetnið myndaðist við niðurbrot vatns þegar málmarnir leystust upp, einnig leysti þessi kenning af hverju málmoxíð afoxuðust þegar þau komust í snertingu við vetni; vetnið hvarfaðist við súrefnið í málmoxíðunum og varð að vatni en skildi hreinan málm eftir.

Mótstaða í vísindasamfélaginu

Lavoisier gekk mjög illa að sannfæra samtímamenn sína um það að vatn væri ekki frumefni, fræðimenn höfðu verið sannfærðir um að vatn væri frumefni í yfir tvö þúsund ár og þótti því mörgum það fáránleg hugmynd að vatn væri efnasamband. Þegar Cavendish frétti af þessari kenningu Lavoisiers var hann ekki sannfærður og skrifaði í riti sem hann birti 1784 „As the commonly received principle of phlogiston explains all phenomena at least as well as Mr. LAVOISIER‘S, I have adhered to that“.

James Watt, enskur gufuvélaframleiðandi og vinur Priestleys, sagði að þó það væri ekki nein ástæða til að efast um að allar rannsóknir Lavoisiers væru gerðar af mikilli nákvæmni og varfærni þá væri hann ekki sannfærður um að hægt væri að draga þá ályktun út frá tilraununum að vatn væri ekki frumefni og ekki heldur hægt að útiloka tilvist flógistons .

Lavoisier sá að hann þyrfti greinilega að koma fram með betri sönnun á eðli vatns til að sannfæra samtímamenn sína. Hann ákvað að reyna að sína betur fram á eðli vatns með því að mæla nákvæmar magn hvarfefna og myndefna og sýna fram á að það væri það sama. Hann fylgdi þar eftir rannsóknum Gaspard Monge, sem hafði sjálfur gert slíka rannsókn þar sem hafði sýnt fram á að við myndun vatns væri massi vatnsins nánast nákvæmlega sá sami og massi lofttegundanna sem notast var við.

Lavoisier ákvað að reyna að sýna fram á hið gagnstæða. Hann lét sprautaði vatnsgufu í gegnum glóandi byssuhlaup úr járni og sýndi fram á að gasið sem kom út hinu meginn samanstóð af vatnsgufu og vetni, hann gaf þá útskýringu að súrefnið í vatninu hefði hvarfast við járnið og við það hafi myndast járnoxíð og vetni.

Lavoisier lét akademíuna vita af þessari uppgötvun en sagði þó að ekki væri hægt að reikna með nógu mikilli nákvæmni hvort magn hvarfefnanna og myndefnanna væri nákvæmlega það sama þar sem hann hafði áttað sig á því að járnið hafði líka oxast að hluta utan á byssuhlaupinu, þrátt fyrir það hélt Lavoisier því fram þetta væri sönnun þess að vatn væri ekki frumefni.

Priestley gaf lítið fyrir þessa tilraun Lavoisiers, hann vildi meina það að flógiston (vetni) hefði losnað úr málminum við það að vatnið hvarfaðist við hann. Priestley endurtók tilraun Lavoisiers þar sem hann mældi magn upphafsefna til að sýna fram á að járnið væri uppspretta flógistonsins og gagnrýndi Lavoisier svo harðlega fyrir að vera búinn að ákveða hverjar niðurstöður tilraunarinnar væru fyrirfram og að það hefði haft áhrif á hverjar athuganir hans væru.

Betri mælitæki og vendipunktur í súrefniskenningunni

Lavoisier sá það að hann þyrfti greinilega nákvæmari mælingar til þess að sannfæra aðra um kenninguna sína svo hann fór aftur á teikniborðið. Hann fékk Jean-Baptiste Meusnier, fyrrum lærisvein Gaspard Monge í lið með sér. Þeir félagar vissu að þeir þyrftu að þróa mælitæki sem væri svo nákvæmt að það myndi eyða öllum vafa um eðli vatns. Þeir réðu mælitækjasmiðinn Pierre Mégnié og þróuðu tækjabúnað sem var svo nákvæmur að það tók marga daga að kvarða hann. Meðal annars byggði Mégnié vog sem var talið að gæti vigtað með nákvæmni upp á einn hundrað þúsundasta úr pundi.

Þegar tækjabúnaðurinn var tilbúinn hófust þeir handa við að kvarða tækið. Þer hófu kvörðunina í lok desember 1784 og héldu svo sýningu fyrir akademíuna dagana 27. og 28. febrúar, tveimur mánuðum eftir að kvörðun hófst. Sýningin fór þannig fram að Lavoisier framleiddi vetni og súrefni fyrir framan áhorfendur og fyllti tankana á tækinu sínu með sitt hvoru gasinu. Stöðugu flæði vetnis og súrefni var komið á og kveikt í því með neista. Efnahvarfinu var haldið gangandi í nokkra klukkutíma og svo var vatnið og afgangs gasið vigtað með mikilli nákvæmni. Þetta var gert nokkrum sinnum og áhorfendur fengu að taka þátt í öllum mælingum til að sjá að engin brögð væru í tafli. Niðurstöður sýndu að massi vatnsins og afgangs gassins væri nákvæmlega sá sami og massi lofttegundanna í byrjun og því væri enginn efi um það að vatnið sem myndaðist hefði orðið til úr lofttegundunum tveimur. Eftir að áhorfendur höfðu skoðað allan tækjabúnað og tekið mælingar sjálfir skrifuðu þeir undir plagg til að votta fyrir að þeir hafi orðið vitni af þessari tilraun og að ekki væri ástæða til að efast um niðurstöður tilraunarinnar.

Þessi sýning er ákveðinn vendipunktur í súrefniskenningu Lavoisiers, fyrir sýninguna voru fáir sem studdu þessa kenningu hans en þarna náði Lavoisier að sannfæra marga samlanda sína um að vatn væri í raun efnasamband og að súrefni gegndi lykilhlutverki í bruna.

Andstaða utan Frakklands

Þrátt fyrir mjög vel heppnaða efnafræðisýningu þá gekk Lavoisier illa að sannfæra efnafræðinga utan Frakklands. Hluti ástæðunnar fyrir þessum erfiðleikum var að Meusnier sá um að birta niðurstöðurnar í riti og skautaði hann mjög lauslega yfir hvernig mælingarnar voru gerðar, til að mynda nefndi hann ekkert hversu nákvæmlega allar mælingar voru gerðar eða hvernig tækið var kvarðað, hann nefndi svo upp úr þurru að massi vatns væri 85 prósent súrefni og 15 prósent vetni, námundaðar niðurstöður sem var ekki búið að sýna fram á með algjörri vissu.

Margir gáfu lítið fyrir þessar rannsóknir Lavoisiers, sérstaklega efnafræðingar utan Frakklands. Írski efnafræðingurinn Richard Kirwan var einn þeirra sem voru ekki sannfærðir. Hann hélt því fram að einungis væri hægt að búa til vatn úr vetni og súrefni við gífurlegan hita, annars myndi koltvíoxíð myndast eins og við venjulegan bruna, óvíst er hvað hann hafði fyrir sér í þessu þar sem ógjörningur er að mynda koltvíoxíð úr vetni og súrefni.

Priestley fór aftur að skoða upphaflegu tilraun Cavendish og sagði að tilraunin sýndi einungis að allar lofttegundir innihéldu vatn sem losnaði við bruna þeirra, hann tók líka eftir því að það myndaðist smá saltpéturssýra við efnahvarfið og því hlyti Lavoisier að hafa rangt fyrir sér. Lavoisier og fylgimenn hans sögðu að ástæða þess að saltpéturssýran myndaðist væri að gasið sem Priestley væri að nota væri mengað af nitri.

Gagnrýnendur Lavoisiers gerðu lítið úr tilraunum Lavoisiers til að gera súrefniskenninguna að samþykktri staðreind. Lavoisier sagði að einungis væri hægt að gagnrýna niðurstöður tilrauna hans ef einhver framkvæmdi tilraun af jafn mikilli nákvæmni og varfærni og hann sem sýndu fram á eitthvað annað. Kirwan var ósammála þessu og sagði að þó svo að Lavoisier ætti hrós skilið fyrir að hafa verið fyrstur til að framkvæma svona nákvæmar tilraunir innan efnafræðinnar þá gæti hann ekki fallist á að ein tilraun gæti gert margra áratuga rannsóknir á efninu að engu. William Nicholson, enskur efnafræðingur sem ritstýrði annari útgáfu Essay on Phlogiston eftir Kirwan, gagnrýndi rannsóknir Lavoisiers og sagði að það væri enginn möguleiki að tækjabúnaðurinn hans væri í raun eins nákvæmur og Lavoisier hélt fram. Nicholson hafði í ritum sínum haldið því fram að ekki væri hægt að nota niðurstöður tilrauna til að komast að því hvernig heimurinn virkaði, ekki væri hægt að fullvissa sig um neitt með tilraunum. Hann byggði þar á heimspeki breskra raunhyggjumanna og virðist sem þessar hugmyndir hafi verið algengar meðal breskra efnafræðinga.

Önnur gagnrýni sem Lavoisier varð fyrir var að tækjabúnaðurinn hans væri of flókinn og of dýr, flókinn tækjabúnaður væri líklegri til að valda einhversskonar skekkju sem ekki væri hægt að sjá fyrir og að ekki væri hægt að endurtaka tilraunir Lavoisiers út af því hvað tækin væru dýr. Áætlað er að í heildina hafi Lavoisier eitt hálfri milljón franskra punda (livre) bara í rannsóknum sínum á niðurbroti vatns. Þessar gífurlegu fjárhæðir hafði Lavoisier fengið í arf þegar móðir hans lést þegar hann var barn. Priestley hélt fast í þá skoðun að ef ekki væri hægt að endurtaka tilraunir Lavoisiers þá væri ekki hægt að samþykkja niðurstöður þeirra sem staðreyndir.

Gagnrýnin hélt áfram í þónokkur ár eða allt þar til ódýrari leiðir til að smíða tækjabúnað Lavoisiers voru fundnar. Hollenski efnafræðingurinn Martinus van Marum kom þar mikið við sögu. Hann hafði hitt Lavoisier í París í júlí 1985 þar sem Lavoisier útskýrði fyrir honum hvernig hann hafði sýnt fram á eðli vatns. Á þessum tíma hafði þessi tilraun einungis verið framkvæmd í Frakklandi og voru Hollenskir efnafræðingar efins um niðurstöðurnar þar sem þeir gátu ekki framkvæmt tilraunina sjálfir. Van Marum fór heim til Hollands og einsetti sér að sannfæra samlanda sína um ágæti súrefniskenningarinnar. Hann hófst handa við að reyna að einfalda hönnun tækjabúnaðarins sem Lavoisier og félagar höfðu notað við tilraunina sína og framkvæmdi svo tilraunina með ódýrari og einfaldari tækjabúnaði í Haarlem 1791. Þessi tækjabúnaður van Marum gerði það að verkum að allt í einu gátu aðrir efnafræðingar endurtekið tilraunina og séð sjálfir hverjar niðurstöðurnar voru, það leiddi til þess að hægt og rólega varð samstaða um að Lavoisier hafði haft rétt fyrir sér.

Nafnakerfi sýra og salta

Í kjölfarið hélt Lavoisier áfram að vinna að því að staðla efnafræðina. Hann bjó til nafnakerfi fyrir sýrur og sölt sem byggðist á því hversu oxað efnið væri. Hann birti þetta kerfi í samvinnu við Louis-Bernard Guyton de Morveau, Claude Louis Berthollet og Antoine François de Fourcroy í ritinu Méthode de nomenclature chimique, Proposée par MM. de Morveau, Lavoisier, Bertholet & de Fourcroy sem kom út árið 1787. Þetta nafnakerfi er enn notað í dag. Eins og áður hefur verið sagt byggðist kerfið á því hversu oxuð efnin voru.

Efni með hæsta oxunarstig fær forskeytið per- og viðskeytið -ate, efni sem er einu oxunarstigi lægra fær bara viðskeytið -ate, oxunarstigi neðar en það eru viðskeytið -ite og að lokum eru það efni sem fá bæði forskeytið hypo- og viðskeytið -ite. Dæmi um þetta eru söltin sodium hypochlorite, sodium chlorite, sodium chlorate og sodium perchlorate, efnaformúlur þessara efna eru NaClO, NaClO₂, NaClO₃ og NaClO₄.

Þegar um sýrur er að ræða þá breytast viðskeytin og ,,acid“ bætist fyrir aftan. Viðskeytið -ite breytist í -ous og viðskeytið -ate breytist í -ic. Samsvarandi sýra NaClO, HClO heitir því hypochlorous acid og HClO₄ heitir perchloric acid. Nafnakerfið segir ekki til um nákvæman fjölda súrefna í efninu heldur bara afstætt oxunarstig. Til að mynda hefur jónin sulfate, SO₄^2- fjögur súrefni á meðan chlorate hefur bara þrjú þó svo að þau hafi sömu endingu.

Það er mjög eðlilegt að nafnakerfið sé ekki í samræmi við nákvæman fjölda súrefna því á þessum tíma var frumeindakenning Daltons ekki komin fram og því er ósennilegt að Lavoisier og aðrir efnafræðingar þessa tíma hafi áttað sig almennilega á því hvernig frumefni blöduðust saman, Lavoisier segir sjálfur í riti sínu Traité élémentaire de Chimie sem hann gaf út 1789 að sulfuric acid (brennisteinssýra) myndist þegar brennisteinn sé brenndur í miklu súrefni en ef lítið súrefni sé til staðar myndist sulfurous acid (brennisteinssýrlingur) og er greinilegt að hann áttar sig einungis á því að það er mismikið súrefni í efnunum tveimur en ekki nákvæmlega hversu mikið.

Traité élémentaire de Chimie er mjög merkt rit, það eru stundum sagt vera fyrsta kennsluritið í efnafræði. Í því er meðal annars að finna nákvæmar útskýringar á því hvernig skuli framkvæma ákveðna þætti tilrauna svo sem hvernig skuli aðskilja og vigta mismunandi gastegundir og hvernig skuli sía fast efni og þrífa það. Aftast í bókinni má finna mjög nákvæmar teikningar af mælitækjum eftir Marie-Anne Lavoisier ásamt töflum til að umbreyta milli franskra og breskra mælieininga. Þetta merka rit inniheldur einnig fyrsta almennilega listann yfir frumefni.

Skilgreining Lavoisier á frumefnum

Lavoisier skilgreinir frumefni sem þau efni sem er ekki hægt að skilja neitt frekar í sundur með efnahvörfum. Listi Lavoisiers inniheldur 33 mismunandi frumefni, nú til dags er vitað að aðeins 23 þessara efna eru í alvöru frumefni. Meðal þeirra frumefna sem eru í lista Lavoisiers eru vetni, súrefni, gull, magnesíum, platína og kolefni. Eitt þeirra frumefna sem Lavoisier nefnir sem er í raun ekki frumefni er efnið caloric. Caloric var tilraun Lavoisiers og samtímamanna hans til að útskýra fasaskipti efna. Hann sagði að það hlyti að vera eitthvað efni sem færi inn í hluti þegar þeir hitnuðu og hrindi eindum hlutarins frá sér og gerði það að verkum að eindirnar fjarlægðust, þegar hluturinn kólnaði færi þetta efni aftur úr honum og eindirnar nálguðust hvor aðra aftur. Þetta efni nefndi Lavoisier caloric sem hann sagði vera vökva sem flæddi um allt efni og flæddi því auðveldlega í gegnum allar einangranir sem hann vissi af. Lavoisier skrifaði að það væri greinilegt að einhvers konar aðdráttarkraftur væri á milli einda sem caloric þyrfti að yfirvinna til þess að fasaskipti ættu sér stað, ef aðdráttarkraftarnir væru sterkari en fráhrindikraftar caloric væri efnið á föstu formi, ef aðdráttar- og fráhrindikraftarnir væru jafnsterkir væri um vökva að ræða en ef fráhrindikraftarnir væru sterkari væri efnið á gasformi. Lavoisier minntist einnig á að ef þetta væru einu kraftarnir að verki þá myndu efni gufa upp nánast um leið og þau bráðnuðu, því væri augljóst að það væri einhver þriðji kraftur að verki sem héldi efnum á vökvaformi yfir eitthvað hitastigsbil, hann sagði að sá kraftur væri loftþrýstingurinn, því meiri þrýstingur þýddi að það þyrfti meiri hita og þarf af leiðandi meira caloric til að vökvar gætu gufað upp.

Lavoisier nefndi einnig að hlutir gætu borið caloric misvel, hann kom með þá líkingu að ef teningar úr mismunandi timbri væru settir í vatnsbað þá drægju þeir í sig mismikið vatn eftir því hversu þéttur viðurinn væri, á sama hátt gæti efni dregið í sig mismikið caloric eftir því hversu þétt efnið væri. Lavoisier talaði einnig um að magn caloric sem þyrfti til að hita einhvert ákveðið magn af efni um eina gráðu væri mismunandi eftir efnum og færi það eftir því hversu þéttar eindirnar væru í efnunum, hann var þar í rauninni að skilgreina eðlisvarma.  

Annað frumefni sem Lavoisier nefndi var frumefnið ljós, hann sagði að ljós og caloric væru náskyld og ekki væri víst að um tvö mismunandi efni væri að ræða, þessi frumefni hefðu svipaða eiginleika og að fleiri rannsóknir þyrftu til að komast að þvi hvort um tvö aðskilin efni væri að ræða. Óvissan um hvort þetta væru eitt eða tvö efni gerði það að verkum að best væri að halda þeim aðskyldum þar til einhverjar frekar niðurstöður benti til einhvers annars, ekki væri viturlegt að áætla að ljós og caloric væri eitt og sama efnið þar sem ekki væri búið að sanna það.

Franska byltingin og aftaka

Árið 1794, í miðri frönsku byltingunni, var Lavoisier handtekinn af uppreisnarmönnum. Hann hafði gerst aðili í hópi skattinnheimtumanna til að drýgja tekjurnar og var því ekki vinsæll meðal almennings. Hann var dæmdur til dauða fyrir föðurlandssvik og fyrir að stefna heilsu almennings í hættu með því að selja vatnsþynnt tóbak. Tengdafaðir hans, sem einnig var skattinnheimtumaður var líka dæmdur til dauða og var Lavoisier neyddur til að fylgjast með aftöku hans.

Þann 8. Maí 1794 var Lavoisier tekinn af lífi með fallöxi ásamt 27 öðrum skattinnheimtumönnum fimmtugur að aldri. Franski stærðfræðingurinn Joseph-Louis Lagrange, góður vinur Lavoisiers, sagði degi eftir aftökuna að það hafi einungis tekið andartak að fjarlægja höfuð Lavoisiers frá búknum en að næstu hundrað árin muni annað eins höfuð ekki verða til.