概念是反映对象本质属性的思维形式，定义是把握概念的基本逻辑方法，对概念的正确定义必须遵循某些定义规则。元素是化学学科的基本研究对象，对元素概念所下定义的正确程度，是人们对化学学科中基本对象的本质的认识深度的反映，用逻辑方法分析元素概念的经验定义在历史演变过程中孰优孰劣，有助于加深对化学学科中基本研究对象的理性认识具有深刻的方法论意义和重要的实践意义。

形式逻辑的定义规则是获得正确定义的必要条件，考虑到定义的相称性要求，对分析经验的化学元素定义尤为直接，故本文拟着重以相称性要求为标准，就经验的元素定义的历史演变，来考虑分析该定义的是否合理，为此必须注意违反相称性要求而导致的错误：如果定义项的外延大于被定义项的外延，会犯“定义过宽”的毛病；反之，如果定义项的外延小于被定义项的外延，就会犯“定义过狭”的错误；有时还会出现定义项的外延与被定义项的外延交叉，或者定义项的外延与被定义项的外延全异的错误。

元素的观念，最早清楚地表述在希腊哲学家的学说中，恩培多克勒引入事物的四“根”的观念：火、空气、水和土。亚里士多德在一个世纪以后又提出，天是由第5种元素——以太——组成的。“四元素”学说流传甚广，很长时间都被认为是正确的。直到17世纪中叶，英国化学家波义耳把严密的实验方法引入化学中，通过实验才证明了四元素和炼金家的三要素根本不配称为元素。他给元素下了一个清楚的定义，这是一个经验的定义，于是，直到19世纪末，经验的元素定义就始终统治着化学界。

所谓经验的元素定义只以物质的未能分解或不能分解的标志为基础，也就是说，以纯粹分析的标志为基础。在这种情况中，元素被理解为用这种或那种方法分解物质的极限。它仅仅包括那些在实验室中分析物质的时候可以直接观察到的东西，不再多一点点。理论的定义就不是这样，尽管最后也还是建立在实验的基础上，但却不是把实验的结果作为唯一的、直接观察到的物质标志，而是把它们置于理论地概括起来的形态下，包括于自身之中。

现在，让我们来看一下波义耳关于元素的经验定义。1661年，波义耳在他的《怀疑派的化学家》一书中，批判了炼金术士对物质组成的原性说，提出了自己的元素观。波义耳第一次给元素下了一个明确的定义：元素是一种基质，它可以和其他元素相结合而形成“化合物”，但是把它从化合物中分离出来后，它便不能再被分解为任何比它更简单的物质了9由此可见，波义耳元素定义的实质是指明了“元素是不能再被分解的物质”。

波义耳去世以后，化学家们努力想搞清哪些物质可以分解为简单物质，哪些物质则不能分解。1774年法国化学家拉瓦锡在普利斯特里制出的气体中发现了幻想的燃素的真实对立物——氧，驳斥了由火微粒构成火的元素的统治欧洲百年之久的燃素说，确立了化学元素的基元性和大多数化合物的组成性。拉瓦锡把元素定义为“分析所能达到的终点”，即：元素是用任何方法都未能分解的物质。要判别一种物质是否元素，必须依据当时的化学分析方法，只要某种物质用当时的任何分解方法（化学的或物理的方法）不能再分解为简单物质，则这种物质就是元素。由于当时许多化合物还不能用任何方法分解，按通行的经验定义，它们理所当然属于元素的行列。拉瓦锡的元素定义和波义耳的元素定义本质上是一致的。尽管拉瓦锡关于化学元素的定义，对于经验分析的元素概念的历史发展来说，占有非常重要的地位。但是，我们应该承认，我们面对的也仍然只是描述的、经验的，同时也是纯分析的定义。

19世纪末，由于放射性的发现，使元素自发的、天然的可分性得到证明，有些化学家试图修正拉瓦锡的元素定义使其和放射性阶段相适应：俄国化学家戈尔包夫把元素定义为：元素是用任何人工方法未能分解的物质。

从波义耳的元素定义，到拉瓦锡的元素定义再到戈尔包夫的定义，他们定义的元素概念，定义项的外延与被定义项的外延都不是全同关系。经验的元素定义以物质的不可分性为基础，即依据当时的化学和物理的分析水平、只要某种物质用当时的分析手段不能分解，它就被看作是元素。

波义耳的元素定义，否认了古希腊哲学家提出的“四元素”说及当时医药化学家们认为物质的本原应该是硫、汞、盐等元素的假说，抛弃了经院哲学中关于元素的旧概念，但由于当时仅有原始的化学分析方法，而定量分析还没有完全发展起来、因此、他没有能确定哪些物质是真正的元素，把当时还不能分解的化合物如：水、火、空气也都认为是元素，所以，波义耳的元素定义包含了大量的化合物，显然其定义项的外延比被定义对象的范围要大，此时，定义的不相称性，基本表现为外延扩大，或称“定义过宽”。

从19世纪末、二十世纪初开始，化学进入了元素本身及其原子被分解的时期。在自然界中、有些元素，如：镭、铀、钋等都会从它们的原子核里自发地放出射线，而本身转变为另外的元素。如：天然放射性元素镭（88Ra226）的原子核能自发地放射出α射线（2He4），并转变为惰性气体氡（86Rn222）的原子核。88Ra226→86Rn222+2He4放射现象说明：元素是可以分解的，即一种元素的原子可以转变为另一种元素的原子，按照拉瓦锡的元素定义，“元素是不能分解的物质”，则放射性元素由于自身是可以分解的，被排斥在经验的元素定义范围之外，拉瓦锡的元素定义舍弃了放射性元素这部分外延，只包括了非放射性元素，因此，经验的元素定义外延小于被定义元素的外延，从定义的相称性要求来看、此时，犯“定又过窄”的错误。在这种情况下戈尔包夫修正了拉瓦锡的元素定义，他定义的元素是用任何人工方法未能分解的物质，把拉瓦锡定义中舍去的放射性元素又拾了回来，使元素定义的外延与现实元素范围暂时相适应，似乎戈尔包夫的元素定义此时符合相称性要求。然而、情况也并非完全如此。

1919年，英国物理学家卢瑟福选用放出最强α射线的镭（Po204）作α射线源去冲击氮原子核（7N14）时，α粒子就钻入氮原子核内，随即自行分裂成为氧同位素（8O17）和一个质子（1H1）7N14+2He4→8O17+1H1。同样，用α粒子去冲击铍原子核时、铍原子转变为碳原子，并放出一个中子（0n1）4Be9+2He4→6C12+0n1人工核反应成功说明了元素可以用人工的方法使之核裂变、从而变成为另一个元素、此时，戈尔包夫的元素是用任何人工方法未能分解的物质的定义，显然把人工核裂变的这部分元素排斥在元素定义的外延之外，使定义的外延小于被定义元素的外延。

20世纪、同位素的发现，人工核反应的实验，证明了元素可以用人工方法分解，所以到了20世纪30年代，已没有一种能适合经验元素定义的“不能分解的物质”存在。经验的元素定义的外延成为零。随着科学的发展，人们对元素概念本质属性的理解越来越深刻，经验元素定义只能成为历史。

元素作为化学中的基本概念，它的定义应建立在能反映元素本身所具有的原子结构的基础上，它的内容应是客观的。恩格斯在《自然辩证法》中指出：“化学中的新时代是随着原子论开始的，（所以近代化学之父不是拉瓦锡、而是道尔顿）”，道尔顿提出了原子论，他认为：元素的最终组成是简单原子、元素是同一种类原子的集合体；每一种元素以它们的原子质量为其最基本的特征。道尔顿奠定了元素概念的理论基础。门捷列夫根据原子量这个元素的基本特性，探索原子量与元素性质之间相互关系，将元素按原子量的大小排列起来、发现了化学元素周期律，使每个元素在周期表中都占据特定的位置。以后，随着科学的发展，原子内部构造的大门被打开，英斯莱指出：核内的单位电荷才是周期表中元素排列顺序的根本依据。玻尔的原子模型建立以后，使人们知道了原子序数决定了核外的电子数，并逐步明确核外电子的分布和活动情况决定着元素的主要化学性质，元素是具有相同核电荷数的原子的总称这一元素定义就为以后科学家所接受，因为它较经验元素定义更能深刻揭示其内涵，符合客观自然规律。

以“物质的不可分解性”、“分析所能达到的终点”为标志的经验分析的元素定义，其定义项是“不可分解性”、是“分析所能达到的终点”它的外延显然不是固定不变的，它随着化学分析手段的进步，不断在扩大和缭小着它的范围。从波义耳的元素定义到拉瓦锡的元素定义再到戈尔包夫的元素定义，一开始似乎他们的定义都符合实际的元素范围，而以后，却一个接一个地不再符合这一范围。定义项的外延有时比被定义项的外延大，有时比被定义项的外延小；有时定义项的外延和被定义项外延全异，这充分显示了经验的元素定义不能满足定义的相称性要求。尽管经验的元素定义在化学发展的某些历史阶段，有一定的进步作用，推动了人类对化学的认识，但是，“仅仅包括那些在实验中分析物质的时候可以直接观察到的东西，不再多一点”的经验定义，由于没有一般的理论概括，终究是不足的，我们单从形式逻辑的定义相称性要求对经验的元素的定义所作的分析，也已经证明了这一点，经验分析的元素定义只能成为历史。