1849年秋天，这是一个充满着诱惑的秋天，是一个洋溢着丰收喜悦的秋天！凯库勒经过艰辛的努力，以优异的成绩，跨进了李比希的化学实验室。
环状碳链理论
人们在慨叹建筑业失去一位优秀的设计家之余，却惊喜地发现在有机化学这片原始森林中矗立起一座精美的大厦！
凯库勒投身化学的时期，正是有机化学成为化学主流的时期。有机化学以前所未有的速度向前发展：
化学家们发现了有机化合物大量存在的事实，并人工合成了许多罕见的有机化合物；维勒和李比希基因理论的提出；法国化学家日拉尔“类型论”
的建立等等。
这无疑大大丰富了有机化学知识，但此时的有机化学无论如何也不能和无机化学相比，因为无机化学的研究有道尔顿原子论的理论为指导，而有机化学没有。
没有理论指导的实践，必然是盲目的、混乱的。
为了描述醋酸的结构，人们使用了19种表达方式，谁是谁非？化学家们各持己见，互不相让，有机化学界一片混乱。
1895年，已颇有建树的化学家凯库勒担任了根特大学的化学教师。他在根特大学的化学实验室里集中研究了有机化合物的主干——碳链问题。
大家知道，自然界中的碳原子，不像其他无机元素那样单个地组成物质分子，而是在碳原子之间形成手拉手似的碳链。短的链有几个碳原子，长的链有成百上千个碳原子。
凯库勒通过对醋酸的氯化研究，认识到碳链在化学反应中是不变的、牢固稳定的。
紧接着，他又用琥珀酸、富马酸及顺丁烯二酸等有机化合物，进行了一系列的实验研究，来加以印证。
不久，凯库勒表述了他对碳链的见解，还提出了有机化合物的结构理论。
他以碳四价为核心，建立起碳链结构理论。
凯库勒的理论，后来经过俄国着名化学家布列特列夫的发展和完善，成为经典性的有机化合物的结构理论。
日新月异的有机化学，使在根特大学从事系统化学教授的凯库勒感到传统的教材已经过时，应该重新编写一本有机化学的新教科书以适应新的课题的需要。
但是，凯库勒在收集资料过程中，深深地感到化学界的混乱。为了提高化学家的理论统一性，他于1859年秋来到了卡尔斯鲁厄。
凯库勒此行的目的，是要和化学教授卡尔·魏尔青商讨关于召开世界化学家会议的问题。会议的主要内容，是解决化学家们在化学价、元素符号、原子和分子概念等方面的不同意见。
凯库勒的这种想法立即得到世界化学界的响应。
1860年9月3日，第一届世界化学家大会在德国卡尔斯鲁厄城召开，来自十几个国家的150位化学家出席了这次大会。
这次会议解决了所有无机化学存在的混乱问题，可以说达到了预期目的。
但是作为会议发起人的凯库勒却很不满意。因为在这次会议上占主导地位的是无机化学，他的有机化学结构问题却被大多数人淡忘了。
也许是有机化学真像维勒所说的那样是一片狰狞的、可怕的原始森林，大多数化学家不敢问津。也许是凯库勒的科学探索已经超越了这个时代，而使同时代的人无法理解。总之，凯库勒的问题未能引起人们的兴趣。
卡尔斯鲁厄会议没有解决凯库勒的有机化学结构问题，原因何在？凯库勒无暇顾及，因为不久后苯的结构问题使他大伤脑筋，弄得他疲惫不堪。
苯是一种重要的有机化合物，自从法拉第从煤焦油中分离出来以后，一直没有人对它进行深入研究。后来，化学家们研究了苯的化学性质，又使有机化学结构理论处在风雨飘摇之中。
因为碳在苯中的结构呈环状而并非链状！
难道有机化学的结构理论真的错了吗？
凯库勒精心研究了苯，但是化学家实验的结果却毋庸置疑，多次实验，无一例外。
有的化学家面对“铁的事实”，放弃了碳链学说。但凯库勒坚信碳链理论的正确，因为它是建立在以往多次实验的基础上的。对苯的化学性质研究不能被其表面所迷惑，而要在深层次上去认识它。凯库勒以此作为自己研究苯的出发点。
凯库勒把自己关在实验室中，艰难地进行探索。
就在凯库勒的研究进行到最困难的时候，他的爱妻死于难产。事业的坎坷，家庭的不幸，使凯库勒差点绝望。但很快他就从痛苦中站立起来，重新走进实验室，他要从微观世界中找到他人生的支撑点。
1865年圣诞节后的一天，凯库勒因研究苯分子结构已疲惫不堪。于是他搁下一叠厚厚的手稿，把安乐椅移近温暖的壁炉。
火光像春天的暖流一样抚慰着凯库勒的整个身心，他感到无比的惬意和舒适。
他仿佛又回到无忧无虑的童年，躺在春光明媚的草地上，尽情欣赏那些结构风格迥异的建筑物。
他睡着了……突然，他看到了6个碳原子连成了一条链子，变成一条怪蛇，在白光中弯弯曲曲地游动，忽而又跳起了奇形怪状的蛇舞。舞着，猛然蛇头一抬，跃人李比希教授的掌中，变成了赫尔利茨伯爵夫人的蛇形宝石戒指……凯库勒猛然一惊，睁开眼来，梦中的情景依然历历在目：碳原子——链子——蛇——戒指，凯库勒顿悟。
碳链理论根本没有错！苯不过是一个首尾相接的环形链子。苯的分子是个环状的碳链构成的分子，仍然是链状的！
凯库勒从此把研究重心转向环状碳链的角度上来。
1865年1月，凯库勒发表了《论芳香族化合物——苯的结构》论文，一个崭新的有机化合物结构理论——环状碳链理论诞生了！
苯分子结构发现之后，对有机结构理论的研究就发展更快了。人们在它的启发下，又进一步提出了平面网状、立体网状等多种有机物质的结构理论。
分子结构的概念是有机化学中最重要的、最基本的概念。分子结构式在有机化合物的组成、结构和性质之间建立了关系。从此有机化学沿着先测定分子结构然后再用人工方法制取的方向迅猛向前发展。
从凯库勒之后，有机化学结构理论成为化学研究的主导方向。
如果凯库勒能有机会再参加世界化学家会议的话，等待他的绝对不是人们的冷淡和健忘。
1896年6月13日，凯库勒逝世于柏林，终年67岁。
有机化学结构学说奠基人
凯库勒碳原子四价学说和苯分子结构的发现，使混乱的有机化学研究有了一个统一的方向，而奠定有机化学结构学说基础的则是俄国化学家布特列洛夫。
1861年，也就是凯库勒环状碳链理论提出的同一年，布特列洛夫在德国“自然科学家和医生代表大会”上作了题为《论物质化学结构》的报告。
在这篇报告中，布特列洛夫系统地提出了有机化学的结构理论，基本上确立了近代有机结构理论。只可惜他晚年离开了自然唯物主义而陷入神学的泥潭。
在有机化学理论发展的漫长过程中，值得一提的还有德国的被人们称为无产阶级的化学家的卡尔·肖莱马。
1834年9月30日，卡尔·肖莱马出生在德国西南部达姆斯塔德城的一个手工业工人家庭。全家11口人都靠着他父亲的木匠手艺来生活，因此家庭非常贫困。
1853年，没有念完中学的肖莱马就不得不辍学，到外乡去独立谋生。
肖莱马在中学时代就对化学充满着浓厚的兴趣。他在海德堡一家药房当配药助手时，尽管事情很繁杂，他仍然尽量挤出一点时间到海德堡大学去旁听着名化学家本生的化学课。
随着他对化学认识的加深，一种强烈的化学研究欲望，促使他放弃一切来学习化学。
1895年肖莱马进人吉森大学化学系。虽然只学习了一个学期，但他却充分地利用这短短的一段时间，不仅学习分析化学实验课程，还选修了化学史，这为他后来从事化学研究，打下了初步的基础。
1859年秋，肖菜马来到了英国，在曼彻斯特欧文斯学院当化学教授罗斯科的“私人助手”，两年后，成为该校化学实验的正式助手。从此他开始独立进行科学研究工作。
年轻的肖莱马首先将眼光投向一直吵闹的沸沸扬扬的有机化学研究。
虽然此时有机化学界因为凯库勒碳原子四价的提出和环状碳链理论的建立而平静了许多，但还是存在着一些问题，如：
碳原子的四个价是否统一？一些特殊的烷烃是否有两个并行的异构系列？
当时的人们作如是说：碳原子的四个价是不同的；烷烃有两个异构系列。
但是地位低下的肖莱马却对这些权威人士的结论持怀疑态度。几年的研究经验给了他一种直觉——这些结论不太可靠！
为了证明这种直觉的正确性，他一头扎进了实验室。
从事这项实验就得与脂肪烃打交道，而这种化合物是异常危险的，它具有很强的“腐蚀性”。为了便于直接地观察和研究，肖莱马与别人不同，他采用纯样品进行试验，因此他的脸上常带伤痕。
1864年，肖莱马发表了题为《论〔二〕甲基与氢化乙基的同一性》的科学论文。用实验上的强有力论据证明，乙烷、丙烷都没有异构现象，只是从丁烷起产生异构物，并证实碳原子四个化合价的同一性。
这样，肖莱马就彻底推翻了关于两种烷烃异构系列的碳价相异的全部现存理论，为原子结合理论的定型化打开了一个突破口。
恩格斯为此给予了高度评价，说他是有机化学的奠基人之一。
肖莱马虽然对流行于有机化学界的“类型论”有所突破，但还没有能从立体的角度考虑问题。
1815年，法国化学家比奥发现，某些天然存在的有机化合物在液态或溶液的情况下，有旋光性。这一发现成了建立有机立体化学的一大开端。
1874年9月，范霍夫（荷兰化学家）发现了不对称碳原子存在的事实，范霍夫的这一发现，成功地解释了旋光异构。
范霍夫1852年出生在荷兰一个着名的医生家庭中，父亲满心希望他长大后能够继承自己的衣钵，成为一名医学家，但他后来却成了一名化学家，师承凯库勒学习化学，后来又到法国武兹实验室学习。
在武兹实验室，他发现了甲烷正四面体的空间结构，研究了具有不对称碳原子化合物的旋光异构。
1874年，获得博士学位的范霍夫回到了荷兰的鹿特丹。
第二年，范霍夫把他在凯库勒实验室和武兹实验室多方面的研究成果，写了一篇名为《立体化学》（又译为《空间化学》）的着名论文。
这篇论文，引起化学家们极大的争论。
支持者们说这篇论文是机智而精明的理论，具有划时代的意义。
反对者们则多方进行攻击。一个典型的代表是莱比锡着名化学家柯尔贝，他说：
“范霍夫博士不对精确的化学作认真的研究，而是幻想着乘上希腊神话的神马，用他的《立体化学》宣布自己达到了科学的顶峰，看到了原子在空间如何组成立体结构的，人们要问这神马从哪里来的？这大概是范霍夫从他工作的兽医学院借来的。”
这位着名教授的尖刻攻击，不仅没有扼制住立体化学理论的发展，反而帮助了范霍夫宣传了他的学说，使更多的人了解了立体化学，也使范霍夫“一朝醒来，名声大噪”。
1878年，范霍夫发表了着名专着《有机化学概念》，这部书是有机化学奠基性的着作之一。
范霍夫不仅是有机化学的奠基人，还是物理化学的奠基人。
1901年，范霍夫荣获了诺贝尔化学奖，他是历史上获得诺贝尔化学奖的第一位专家。
至此，有机化学的立体化学理论才基本完成。
物理化学的产生
物理化学的形成是19世纪下半叶的事情。这个时期的资本主义生产造成了比过去世世代代总共造成的还要大的生产力，又以异乎寻常的精力致力于自然科学，创造了无可比拟地超过以往各个时代的高度发达的技术。自然科学的各个学科，包括物理化学，正是在这个时期得到了迅速的发展。
“物理化学”这个术语，是18世纪中叶首先为罗蒙诺索夫所使用的。但这一学科真正成功地发展起来，有赖于荷兰的范霍夫、德国的奥斯特瓦尔德，他们两人在1887年合办了《物理化学杂志》，此后物理化学的概念被化学界所接受。
物理化学这一学科的理论体系和各不同分支的建立，与各国化学家坚持不懈的研究和实验分不开，更与范霍夫、奥斯特瓦尔德、阿累尼乌斯三位伟大化学家的名字分不开。
他们三人后来都获得了诺贝尔化学奖金，被一些科学史家称为“物理化学三剑客”。
化学热力学是以热力学定律为基础的，还包括质量作用定律和化学平衡。
法国科学家勒夏特列创立了比较完整的化学平衡学说，提出了着名的勒夏特列平衡原理，这一原理描述了化学体系中的各种因素对化学平衡状态的影响。
美国化学家吉布斯又把化学平衡的研究由单相平衡推进到复相平衡，提出着名的“吉布斯相律”。
吉布斯的工作，使质量作用定律、勒夏特列原理等经验定律纳入了和谐的理论体系之中。