為什麽磁鐵隻吸鐵，而對金、銀、銅、鋁似乎都沒有什麽反應呢？
當然，嚴格來說，磁鐵不光吸鐵，還吸鈷和鎳。吸鐵石之所以隻吸引這幾種金屬，是因為隻有這些金屬原子內部的電子結構，可以讓磁場對它們有肉眼可見的作用。
我們知道，原子的結構是帶負電的電子圍繞帶正電的原子核運動，電子數等於原子核帶正電的數量，所以原子整體是呈中性不帶電的。但是那麽多個電子圍繞原子核是怎麽運動的呢？量子力學告訴我們，電子在原子核外圍的運動是分層的。每層當中可以安放的電子數量是不同的，譬如根據量子力學的計算，原子核外第一層，也是電子層的最內層，可以放兩個電子，第二層可以放8個電子，第三層可以放18個電子，等等。
這裏我們必須引用前麵提到過的能量最低原理，一個原子的穩定態，一定對應它能量最低的狀態，所有電子其實都傾向於待在內層，因為內層的能量低，所以更穩定。那為什麽不是所有電子都在最內層，而是會出現最內層隻能有兩個電子，外層卻擁有更多電子的情況呢？這裏還要介紹另外一個物理學知識，叫泡利不相容原理。這個原理是奧地利物理學家泡利發現的，泡利也因為這個成果，在愛因斯坦的推薦下，獲得了1945年的諾貝爾物理學獎。
泡利不相容原理說的是，在一個物理係統中，不能有兩個費米子處在同一狀態，至於什麽是費米子，我們之後再討論，這裏你隻需要知道電子是一種費米子。有了這個原理之後，我們就能解釋為什麽原子的內層隻能放兩個電子了。原子的內層隻有一個電子軌道，電子隻要在這個軌道裏，它的能量和其他狀態都被唯一確定了。那麽根據泡利的不相容原理，這個軌道裏隻能存在一個電子，為什麽還能放第二個電子進來呢？因為自旋，電子是有磁性的，你可以把它當成一個小磁針，磁針有南北極，一個電子軌道之所以可以放兩個電子，就是因為一個電子進來以後，它可以是北極朝上或者南極朝上，第二個電子進來的話，隻要磁極的指向跟第一個電子相反就可以了，隻要這兩個電子的磁極指向相反，它們的狀態就不完全相同，就不違背泡利不相容原理。內層軌道可以放兩個電子，但是第三個電子就放不進來了，因為第三個電子的磁極指向不是南極向上就是北極向上，另外兩個電子中必然有一個與它相同，根據泡利不相容原理，第三個電子進不來。
第三個電子如果進不來的話怎麽辦？它能去哪裏呢？它隻能去能量更高的第二層。第二層有4個分軌道，每個軌道都可以放兩個電子，這樣第二層一共可以放8個電子。電子再多的話就隻能去第三層了，第三層有9個分軌道，所以第三層最多可以放18個電子，以此類推。鐵是第26號元素，鐵原子裏有26個電子。這樣的話，第一層可以放2個，第二層可以放8個，第三層可以放16個，你發現16個電子沒有辦法把第三層填滿。這樣的話，其實對最外層電子來說，它們有好幾個軌道可以選擇。它們可以兩兩配對地去占據軌道，也可以選擇一個電子占一個軌道，具體應該選擇哪一種排布方式呢？答案依然是能量最低原理：怎麽排布能量低就怎麽來。結果是每個電子占據一個分軌道的排布方式能量更低，所以鐵原子裏的外層電子是傾向於每個電子分別占據一個軌道的。這裏麵的物理規律叫洪特規則，是一個叫洪特的德國物理學家發現的。
這就能解釋為什麽吸鐵石隻吸鐵、鈷、鎳了。我們把電子當成小磁鐵，如果是兩個小磁鐵以南北極相反的方式並在一起，它的南北極磁性其實抵消了，對外它們是中性的。但是如果一個電子占據一個軌道，就好比一個個分散的小磁鐵，它們的磁場並沒有兩兩抵消。所以你用吸鐵石建立一個磁場，它們就能夠與這個磁場有相互作用。鐵、鈷、鎳的最外層電子就滿足洪特規則說的這種排布方式，鐵、鈷、鎳的最外層電子並沒有選擇兩兩一組抵消磁性的形態去排列，總體上它體現出能夠被磁場吸引的特性。
為什麽磁鐵隻吸鐵、鈷、鎳？其實磁鐵吸的其實永遠是磁鐵，隻不過在這三種金屬中，它們的電子排布方式讓它們可以在磁場的作用下，成為小磁鐵而已。