A teoria do oxigênio de combustão resultou de um exigente e em constante campanha para a construção de um experimentalmente aterrado química, teoria da combustão, a respiração, e calcinação. A teoria que surgiu foi, em muitos aspectos, uma imagem espelhada da teoria de phlogiston, mas ganhar evidência para apoiar a nova teoria envolveu mais do que meramente demonstrar os erros e inadequações da teoria anterior., Desde o início da década de 1770 até 1785, quando as últimas peças importantes da teoria entraram em vigor, Lavoisier e seus colaboradores realizaram uma ampla gama de experimentos projetados para avançar muitos pontos em sua fronteira de pesquisa.

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Lavoisier’s research in the early 1770s focused upon weight gains and losses in calcination., Era conhecido que, quando os metais lentamente alterado em pó (calxes), como foi observado na oxidação do ferro, o calx, na verdade, pesava mais do que o metal original, ao passo que, quando o calx foi “reduzida” a um metal, uma perda de peso ocorreu. A teoria de phlogiston não levou em conta essas mudanças de peso, pois o próprio fogo não podia ser isolado e pesado. Lavoisier colocou a hipótese de que foi provavelmente a fixação e libertação de ar, em vez de fogo, que causou os ganhos e Perdas de peso observados. Esta idéia estabeleceu o curso de sua pesquisa para a próxima década.,ao longo do caminho, ele encontrou fenômenos relacionados que tinham de ser explicados. Ácidos minerais, por exemplo, foram feitos por torrefação de um mineral como enxofre no fogo e, em seguida, mistura o calx resultante com água. Lavoisier tinha inicialmente conjecturado que o enxofre combinado com o ar no fogo e que o ar era a causa da acidez. No entanto, não era óbvio que tipo de ar fazia ácido sulfúrico. O problema foi ainda mais complicado pela descoberta simultânea de novos tipos de ar dentro da atmosfera., Químicos pneumáticos britânicos fizeram a maior parte dessas descobertas, com Joseph Priestley liderando o esforço. E foi Priestley, apesar de sua incansável adesão à teoria de phlogiston, que finalmente ajudou Lavoisier a desvendar o mistério do oxigênio. Priestley isolou o oxigênio em agosto de 1774 depois de reconhecer várias propriedades que o distinguiam do ar atmosférico. Em Paris, ao mesmo tempo, Lavoisier e seus colegas estavam experimentando um conjunto de reações idênticas às que Priestley estava estudando, mas eles não notaram as novas propriedades do ar que eles coletaram., Priestley visitou Paris mais tarde naquele ano e em um jantar realizado em sua honra na Academia de Ciências informou seus colegas franceses sobre as propriedades deste novo ar. Lavoisier, que estava familiarizado com a pesquisa de Priestley e o manteve em alta consideração, correu para seu laboratório, repetiu o experimento, e descobriu que ele produziu precisamente o tipo de ar que ele precisava para completar sua teoria. Ele chamou o gás que foi produzido oxigênio, o gerador de ácidos., O isolamento do oxigênio lhe permitiu explicar as mudanças quantitativas e qualitativas que ocorreram na combustão, respiração e calcinação.