金银铜铁都是金属，为什么磁铁只会对铁产生吸引力？

磁铁会吸引铁，这是一种众所周知的现象，相信大家都曾经尝试过用磁铁去接近其他的金属，看看磁铁能不能对其产生吸引力，然而实验结果往往是令人失望的，因为金、银、铜这些常见的金属，根本就不会被磁铁吸引。

金银铜铁都是金属，为什么偏偏只有铁会被磁铁吸引呢？这需要从原子的内部构造讲起。

我们知道，原子是由原子核以及电子构成，其中原子核带正电，并且存在着自旋，而电子带负电，并且电子在自旋的同时还会在原子核外的空间中运动，根据麦克斯韦方程，变化的电场会产生磁场，因此原子核和电子就会产生微小的磁场。

相对而言，电子产生的磁场强度比原子核高得多，一般都可以达到1000倍，因此一个原子能不能在整体上表现出磁性，其实取决于原子内部的电子所产生的磁场在叠加之后的效果。

在原子的内部，电子的排布是非常有规律的，我们可以将其简单地理解为，原子核外存在着若干个壳层，越接近原子核的壳层，其能级就越低，而电子总是会趋向于填充能级更低的壳层。

每一个壳层都只能容纳特定数量的电子，所以当最低能级的壳层填满之后，其余的电子就会去填充其外侧的壳层，如果这一层也填满了，其余的电子就只能去填充更外侧的壳层hellip;hellip;

根据量子力学的描述，在填满电子的壳层之中，电子总是会成对地排布，但由于泡利不相容原理的限制，它们不被允许处于完全相同的状态，在这种情况下，它们所产生的磁场方向就是相反的，其叠加效果就是互相抵消。

因此可以说，如果一个原子想要在整体上表现出磁性，其最外面的壳层就不能是满电子状态，而在已知的众多元素中，只有一部分才能满足这个条件，比如说元素周期表中的过渡元素。

可以看到，金、银(Ag)、铜(Cu)等金属元素与铁(Fe)一样都是过渡元素，那为什么偏偏只有铁会被磁铁吸引呢？我们接着看。

当铁原子形成晶体的时候，相邻铁原子的电子之间会存在着一种被称为交换交互作用的特殊量子效应，其产生的效果就是:使相邻铁原子的磁场方向按照大致相同的方向排列。

由于这种量子效应只能使原子磁场的方向大致相同，因此如果铁原子的数量太多，它们就只能形成一小块一小块的原子磁场方向基本一致的区域，这种区域就被称为磁畴。

实际上，常见的铁质物品都是属于原子数量太多这样的情况，毕竟铁原子实在是太小了，所以我们可以简单地认为，常见的铁质物品中其实包含了大量的磁畴。

在绝大多数情况下，大量的磁畴聚集起来，各个磁畴的磁场方向在整体上并不能保持一致，于是它们的叠加效果就会互相抵消，所以常见的铁质物品通常也不会表现出磁性。

但磁畴有一个重要的特点，那就是它们的磁场方向很容易受到外界磁场影响，因此在铁质物品接近磁铁的时候，其内部的众多磁畴的磁场方向就会因为受到磁铁磁场的影响而变得整齐划一，进而在宏观层面上表现出磁性，这也被称为磁化。

在被磁化之后，铁质物品和磁铁之间就会发生电磁相互作用，并因此而相互吸引，于是就出现了铁会被磁铁吸引这种现象。

除了铁、镍、钴等极少数元素之外，其他的绝大部分过渡元素在形成晶体的时候，都不会存在交换交互作用这种量子效应，因此在这些元素构成的金属之中，各个原子磁场的方向都是杂乱无章的，于是这些原子磁场的叠加效果就出现了互相抵消，从而在宏观层面上不表现出磁性，也就不会被磁铁吸引了。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

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