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

簡單來講，吸鐵石是一種具有較強(qiáng)的自身磁場，并且能夠長時間保持其磁場的物體，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，吸鐵石還可以對鎳、鈷、釓等金屬產(chǎn)生明顯的吸引力，但在過去的很長一段時間里，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)開始講起。

從微觀層面來看，原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子組成的，因為它們都存在著自旋，除此之外，電子還會在原子核外區(qū)域內(nèi)做運動，所以它們都會產(chǎn)生微小的磁場（變化的電場會產(chǎn)生磁場）。

不過由于原子核產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)小于電子，通常可忽略不計（電子的磁場強(qiáng)度可達(dá)原子核的1000倍），因此對于一個原子來講，其內(nèi)部電子磁場的“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，我們可以將其簡單地理解為，原子內(nèi)部存在著若干個電子軌道，每個軌道對應(yīng)不同的能級，電子只能分布在這些軌道之中，而因為每個軌道容納電子的數(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)，對于“填滿”的軌道來講，其中的電子必須是成對的，而在“泡利不相容原理”的限制下，成對的電子不能處于完全相同的狀態(tài)，因此成對的電子，其磁場方向總是相反的，如此一來，它們的磁場就會“互相抵消”。

也就是說，一個原子想要在整體上表現(xiàn)出磁性，首先就要滿足兩個條件：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)，存在未成對的電子。

然而即使是滿足了這兩個條件的原子，其構(gòu)成的宏觀物體也大概率不會被吸鐵石吸引，為什么會這樣呢？這其實是因為大量的原子在相互結(jié)合時，各個原子的磁場方向通常都是“雜亂無章”的，從整體上來講，它們的“疊加”效果也是“互相抵消”。

實際上，銅和鋁就是屬于這樣的情況，也正因為如此，就不存在什么吸銅石和吸鋁石了。

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)的過程中，其未成對的電子之間會產(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)，就會使相鄰的鐵原子的磁場方向自發(fā)地趨向于一致。

對于宏觀的鐵質(zhì)物品來講，由于其內(nèi)部的原子數(shù)量太過龐大，幾乎不可能出現(xiàn)“所有原子的磁場方向都整齊劃一”這樣的情況，如此一來，其內(nèi)部彼此相鄰的原子就會各自“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，其磁場方向都是一致的，這也被稱為“磁疇”（Magnetic Domain）。

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

由于“磁疇”的內(nèi)部是磁場方向一致的原子，它們很容易受到外部磁場的影響，所以當(dāng)我們用吸鐵石接近鐵質(zhì)物品時，其內(nèi)部眾多“磁疇”的磁場方向，就會在吸鐵石磁場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)物品就會在整體上表現(xiàn)出強(qiáng)大的磁性，自然就會與吸鐵石相互吸引了。實際上，前面提到的鎳、鈷、釓等金屬，它們之所以會被吸鐵石吸引，其實也是這個原理。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。