為什么有吸鐵石，卻沒(méi)有吸銅石和吸鋁石？這個(gè)問(wèn)題比較復(fù)雜，我盡量用通俗易懂的語(yǔ)言，希望能夠幫助大家搞清楚這個(gè)問(wèn)題。

簡(jiǎn)單來(lái)講，吸鐵石是一種具有較強(qiáng)的自身磁場(chǎng)，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間保持其磁場(chǎng)的物體，它們可以是天然存在的，也可以由人工制造，在很久以前，人們就開(kāi)始使用天然存在的吸鐵石。

雖然除了鐵之外，吸鐵石還可以對(duì)鎳、鈷、釓等金屬產(chǎn)生明顯的吸引力，但在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們只知道它們能吸引鐵，所以就將其稱為吸鐵石，而這樣的稱呼也沿用至今。

那么，為什么吸鐵石只能吸引特定的物質(zhì)呢？我們需要從原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)開(kāi)始講起。

從微觀層面來(lái)看，原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子組成的，因?yàn)樗鼈兌即嬖谥孕酥猓娮舆€會(huì)在原子核外區(qū)域內(nèi)做運(yùn)動(dòng)，所以它們都會(huì)產(chǎn)生微小的磁場(chǎng)（變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)）。

不過(guò)由于原子核產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)小于電子，通常可忽略不計(jì)（電子的磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)原子核的1000倍），因此對(duì)于一個(gè)原子來(lái)講，其內(nèi)部電子磁場(chǎng)的“疊加”效果，決定了它是否可以在整體上表現(xiàn)出磁性。

需要知道的是，電子在原子內(nèi)部的分布是非常有規(guī)律的，我們可以將其簡(jiǎn)單地理解為，原子內(nèi)部存在著若干個(gè)電子軌道，每個(gè)軌道對(duì)應(yīng)不同的能級(jí)，電子只能分布在這些軌道之中，而因?yàn)槊總€(gè)軌道容納電子的數(shù)量是有限的，所以它們有“填滿”和“未填滿”之分。

根據(jù)量子力學(xué)，對(duì)于“填滿”的軌道來(lái)講，其中的電子必須是成對(duì)的，而在“泡利不相容原理”的限制下，成對(duì)的電子不能處于完全相同的狀態(tài)，因此成對(duì)的電子，其磁場(chǎng)方向總是相反的，如此一來(lái)，它們的磁場(chǎng)就會(huì)“互相抵消”。

也就是說(shuō)，一個(gè)原子想要在整體上表現(xiàn)出磁性，首先就要滿足兩個(gè)條件：1、其內(nèi)部存在“未填滿”的電子軌道；2、“未填滿”的電子軌道之內(nèi)，存在未成對(duì)的電子。

然而即使是滿足了這兩個(gè)條件的原子，其構(gòu)成的宏觀物體也大概率不會(huì)被吸鐵石吸引，為什么會(huì)這樣呢？這其實(shí)是因?yàn)榇罅康脑釉谙嗷ソY(jié)合時(shí)，各個(gè)原子的磁場(chǎng)方向通常都是“雜亂無(wú)章”的，從整體上來(lái)講，它們的“疊加”效果也是“互相抵消”。

實(shí)際上，銅和鋁就是屬于這樣的情況，也正因?yàn)槿绱耍筒淮嬖谑裁次~石和吸鋁石了。

而鐵則是一種“另類”，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在鐵原子相互結(jié)合形成晶體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，其未成對(duì)的電子之間會(huì)產(chǎn)生一種特殊的量子效應(yīng)，這被稱為“交換作用”（exchange interaction），而這種效應(yīng)，就會(huì)使相鄰的鐵原子的磁場(chǎng)方向自發(fā)地趨向于一致。

對(duì)于宏觀的鐵質(zhì)物品來(lái)講，由于其內(nèi)部的原子數(shù)量太過(guò)龐大，幾乎不可能出現(xiàn)“所有原子的磁場(chǎng)方向都整齊劃一”這樣的情況，如此一來(lái)，其內(nèi)部彼此相鄰的原子就會(huì)各自“抱團(tuán)”，形成大量的“一小塊一小塊”的區(qū)域，在這些區(qū)域之內(nèi)的原子，其磁場(chǎng)方向都是一致的，這也被稱為“磁疇”（Magnetic Domain）。

所以我們常見(jiàn)的鐵質(zhì)物品，其內(nèi)部其實(shí)是存在著大量的“磁疇”，由于這些“磁疇”的磁場(chǎng)方向也是“雜亂無(wú)章”的，從整體上來(lái)講，它們的“疊加”效果也就變成了“互相抵消”，所以常見(jiàn)的鐵質(zhì)物品之間，就不會(huì)相互吸引。

由于“磁疇”的內(nèi)部是磁場(chǎng)方向一致的原子，它們很容易受到外部磁場(chǎng)的影響，所以當(dāng)我們用吸鐵石接近鐵質(zhì)物品時(shí)，其內(nèi)部眾多“磁疇”的磁場(chǎng)方向，就會(huì)在吸鐵石磁場(chǎng)的作用下變得高度有序，變得“整齊劃一”，這也被稱為“磁化”（magnetization）。

在“磁化”之后，鐵質(zhì)物品就會(huì)在整體上表現(xiàn)出強(qiáng)大的磁性，自然就會(huì)與吸鐵石相互吸引了。實(shí)際上，前面提到的鎳、鈷、釓等金屬，它們之所以會(huì)被吸鐵石吸引，其實(shí)也是這個(gè)原理。好了，今天我們就講到這里，歡迎大家關(guān)注魅力科學(xué)君，我們下次再見(jiàn)。