在波義耳時代，化學(xué)還深深地禁錮在經(jīng)院哲學(xué)之中。這種哲學(xué)對化學(xué)科學(xué)的束縛表現(xiàn)在，化學(xué)家把以亞里斯多德（Aristotle）為首的消遙派哲學(xué)家的觀點奉為圣典，認(rèn)為：冷、熱、干、濕是物體的主要性質(zhì)，這種性質(zhì)兩兩結(jié)合就形成了土、水、氣、火“四元素”。照這種觀點，物質(zhì)的性質(zhì)是第一性的，物質(zhì)本身反而是第二性的。改變物質(zhì)的性質(zhì)就可以改變物質(zhì)本身。煉金術(shù)就是這種哲學(xué)思想指導(dǎo)下的產(chǎn)物。
繼煉金術(shù)而起的是醫(yī)藥化學(xué)家的“三元素”學(xué)說。他們認(rèn)為：萬物皆是由代表一定性質(zhì)的鹽、汞、硫三元素以不同的比例組成的。某一元素成分的多寡，就決定了該物質(zhì)的性質(zhì)。不難看出，三元素學(xué)說在理論上和四元素學(xué)說如出一轍。
1661年，波義耳出版《懷疑派化學(xué)家》，對這種經(jīng)院哲學(xué)給以毀滅性的打擊。初出版時是匿名的，后來續(xù)出多版，才將他的大名揭出。該書由對話的形式寫成:：在一個炎熱的夏天，四個哲學(xué)家在一棵大樹下爭論起來,其中一個代表懷疑派化學(xué)家即波義耳本人，另一個代表消遙派哲學(xué)家，第三個代表醫(yī)藥化學(xué)家，最后一個哲學(xué)家保持中立。經(jīng)過一番激烈的辯論，懷疑派化學(xué)家就把消遙派哲學(xué)家和醫(yī)藥化學(xué)家的種種謬論駁得體無完膚了。
《懷疑派化學(xué)家》在化學(xué)史上的意義可以從下面三個方面來說明。
首先，波義耳認(rèn)識到化學(xué)值得為其自身的目的去進(jìn)行研究，而不僅僅是從屬于醫(yī)學(xué)或煉金術(shù)的；
其次，波義耳認(rèn)為，實驗和觀察的方法才是形成科學(xué)思維的基礎(chǔ)，化學(xué)必須依靠實驗來確定自己的基本定律。波義耳寫道：“化學(xué)家們至今遵循著過分狹隘的原則，這種原則不要求特別廣闊的視野，他們把自己的任務(wù)看作是制造藥物、提取和轉(zhuǎn)化金屬。我卻完全從另一個觀點看待化學(xué)：我不是作為醫(yī)生，也不是作為煉金家，而是作為哲學(xué)家來看待它的……如果人們關(guān)心真正的科學(xué)成就較之個人利益為重，如果把自己的精力都獻(xiàn)給了做實驗，收集并觀察事實，那么他就很容易證明，他們在世界上建立了偉大的功勛�！痹谶@里，波義耳明確地把化學(xué)單獨劃為一門科學(xué)，并提出了它的任務(wù)和方法。
第三，波義耳為化學(xué)元素下了一個清楚的定義。他通過實驗證明，清遙派哲學(xué)家的“四元素”和醫(yī)藥化學(xué)家的“三元素是根本站不住腳的。他指出，元素就是具有確定的、實在的、可覺察到的實物，它們應(yīng)該是用一般化學(xué)方法不能再分為更簡單的某些實物�！苯裉炜磥�，波義耳所定義的元素實際上是單質(zhì)，而他正是以這一定義將單質(zhì)和化合物、混合物區(qū)分開來的。波義耳還認(rèn)為，確定哪些物質(zhì)是元素，哪些物質(zhì)不是元素，其唯一的手段是實驗，而且他確實用實驗手段確定了金、銀、汞、硫黃這些物質(zhì)是元素。
這樣波義耳就從理論上解決了當(dāng)時化學(xué)所面臨的一系列問題，掃蕩了天空中的烏云，把化學(xué)引上了康莊大道。波義耳在化學(xué)實驗方面的貢獻(xiàn)是他的理論思想在實踐上的繼續(xù)。在幾十年中，他以許多杰出的實驗豐富了科學(xué)的寶庫。
1660年，波義耳發(fā)表空氣的壓力與它的體積成反比，現(xiàn)稱為波義耳定律。
波義耳在實驗中非常注意物質(zhì)顏色的變化，他觀察到：許多植物的汁液都能使酸堿變色【應(yīng)是酸或堿使某些植物汁液變色?編者注】。他不僅用這些植物的汁液，而且還用植物汁液浸泡過的紙作指示劑，石蕊試紙就是他最先使用的。
1685年，波義耳發(fā)表《天然礦泉水實驗史簡編》，相當(dāng)全面地總結(jié)概括了當(dāng)時已知的分析化學(xué)鑒定反應(yīng)，包括溶液顏色的變化、沉淀的生成和焰色反應(yīng)等等。說波義耳是定性分析化學(xué)的奠基者，也是當(dāng)之無愧的。
1673年發(fā)表的《使火與焰穩(wěn)定并可稱重的新實驗》是波義耳的一篇重要論文。波義耳將金屬在空氣中煅燒，其重量增加。在這個實驗中，波義耳使用了天平，這就把定量的手段帶進(jìn)了化學(xué)之中。這一實驗，后來啟發(fā)了拉瓦錫和羅蒙諾索夫發(fā)現(xiàn)燃燒理論和物質(zhì)不滅定律。
波義耳晚期的工作集中在磷元素化學(xué)方面。他不但單獨制取了磷，而且研究了磷元素的重要性質(zhì)，包括磷的氧化燃燒、磷酸和磷化氫的生成和性質(zhì)等。
1691年，波義耳在倫敦去世，享年六十四歲。他給我們留下了十幾部重要的科學(xué)著作和十幾篇有名的論文，是科學(xué)史上的寶貴文獻(xiàn)之一。恩格斯后來寫道：“波義耳把化學(xué)確立為科學(xué)”（《自然辯證法》），對此作出了極為恰當(dāng)?shù)脑u價。
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