hth华体会安全网站：为什么地球上只要吸铁石却没有吸铜石和吸铝石？

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  你小时候玩磁铁，必定试过：铁钉、回形针、剪刀都能吸起来，但铜币、铝箔纸碰都不碰一下。

  更奇怪的是，地球上竟然真的存在“吸铁石”这种天然矿藏，却从来没听说过“吸铜石”或“吸铝石”。莫非铁有什么特别之处？

  原子中的电子不只带电，还会“自旋”——能够简略理解为它们在原子内部“绕着自己转圈圈”。每个自旋都会发生一个细小的磁场。所以，当很多电子的自旋方向不再相互抵消，而是朝着共同方向摆放时，整个物质就会表现出磁性。

  但问题在于，大多数元素的电子排布都很“规则”——喜爱成对呈现，一个自旋向上，一个自旋向下，磁场刚好相互抵消。例如铜（Cu，原子序数29）和铝（Al，原子序数13），它们的外层电子简直都处于配对状况，自旋抵消得干干净净，磁性天然也就无从发生。

  而铁（Fe，原子序数26）就不相同了。它的3d轨迹中有多个未配对电子，也便是说，这些电子自旋的磁性没有被“中和”，保留了下来。更重要的是，铁原子之间会呈现一种特别的“协同效应”：当很多铁原子集合在一起时，它们的未配对电子会自发朝同一方向摆放，构成一个个“磁畴”。

  你能够把磁畴幻想成很多个微型磁铁——当这些磁畴的方向共同时，整块铁就会展现出激烈的磁性。这便是天然“吸铁石”（也叫磁铁矿 Fe₃O₄）为何能自己带磁的根本原因。

  相比之下，铜和铝压根没有这种结构优势——它们不只短少未配对电子，也无法构建磁畴。说白了，它们连“组团搞磁场”的根底都不具有。

  很多人认为铜和铝不被磁铁吸，便是“肯定没磁性”。其实这是一种误解。它们不是“没有磁性”，而是“不自动显磁性”。

  铜便是一个典型的抗磁性元素。它在强磁场中会细微排挤磁力线，但这个排挤力太小了，小到你连天平都量不出来。2007年，美国加州大学的试验团队用超导磁体对铜块做精细丈量，发现其磁化率只要 -9.6 × 10⁻⁶（单位：cm³/mol），简直能忽略不计。而铁的磁化率是它的10万倍以上。

  铝略微强一点，是顺磁性。但也弱得不幸，磁化率只要 +2.2 × 10⁻⁵。不只远远弱于铁，就连大多数不锈钢都比它强。

  要知道，铁是地球含量最高的金属之一，地壳中含量约为5.6%，仅次于氧、硅和铝。而铜和铝尽管也不少，但铜的含量只要0.0068%，比铁低了近千倍。铝元素尽管多，占比约8.1%，但它简直只以氧化铝（Al₂O₃）的方式存在，不具有构成磁性矿藏的结构条件。

  别的，铁有个十分特别的矿藏形状叫磁铁矿（Fe₃O₄），它的晶体结构答应很多磁畴以共同方向摆放，表现出安稳的天然磁性。

  地球上最早的磁铁矿构成于前寒武纪，也便是25亿年前，来自富含铁的海底火山喷射堆积。很多磁铁矿会集散布在南非、澳大利亚、巴西、瑞典等地，是现代工业磁铁的重要来历。

  而铜和铝的天然矿藏，比方辉铜矿（Cu₂S）、铝土矿（Al(OH)₃），压根没有磁畴结构，也不具有铁那种“自发对齐”的才能。你就算把它扔进液氮里冷冻到-196℃，也别盼望它忽然变磁铁。

  这便是为什么，铁不只“能被吸”，并且“能自己当磁铁”；铜和铝连这个门都进不去。

  你可能会问，那已然只要铁有磁性，为什么工业磁铁还要加钕、硼之类的稀土？这就牵涉到人类对磁性的“工程级调控”。

  纯铁尽管磁性强，但矫顽力低，也便是说，它简略被磁化，也简略失磁，磁性不安稳。所以工业上最强的磁铁，其实并不是纯铁，而是“钕铁硼”合金（Nd₂Fe₁₄B），它的磁能积（即单位体积内贮存磁场的才能）能够到达480 kJ/m³，是一般铁磁体的10倍以上。

  钕（Nd）是一种稀土元素，有很强的自旋轨迹耦合效应，能够大幅增强晶体磁异性。简略来说，便是让磁性“定得更牢”。而硼的参加则改进了晶体结构，让磁畴更简略对齐。

  但不管怎么改，中心仍是铁。铜和铝在这个系统里自始至终都插不上手，由于它们连“磁性根底”都不具有。