前言：這一單元對照的化學課程是氧化還原；氧化原來是指物質與氧作用，後改為失去電子的化學反應；對金屬而言由元素變成化合物是最常見的氧化反應之一，例如鐵生銹；黃金在自然界大多以元素狀態存在，原因是活性小〈不考慮負離子等配位子產生錯化合物離子效應時，金是最不活潑的金屬〉，密度又大，地殼中平均含量只有０．００１～０．００２ｐｐｍ，就以前一篇文章所提岩漿活動帶上來含金的熔岩金含量較高，但平均含量沒有數十ｐｐｍ以上，無法用一般的煉金方法提煉，〈在南非大歸模煉製２ｐｐｍ的金礦，因其人工成本低，設備先進。〉；因此要形成金礦最重要的關鍵是要將黃金的濃度含量提高，而其方法是藉由熱液的礦化作用，礦化作用的第一階段就是將金元素自熔岩中因氧化作用溶到熱液當中，第二階段才是黃金由熱液中還原出來，並沉積集中在小區域形成金礦。本文先介紹第一階段。〈本單元公怖許多第一次公開的相片，熱水礦化作用圖摘取自台灣的金礦余炳盛、方建能著遠足文化出版。〉
〈一〉海水由地層裂縫侵入與岩漿作用：
圖十七 編號３０１的標本〈前文圖十三〉表面十分平滑像玻璃狀，但另一面有明顯被氧化現象，顯示這類岩石含有大量能被氧化的物質〈此種物質也可稱還原劑或還原性物質〉如黃鐵礦、黃銅礦、砷黃鐵礦、元素硫、元素砷、元素銻、元素銅.....等，然而造成此地礦石很容易被氧化的原因，余一直以為是有微量的白金族〈化學反應的催化劑〉做祟的關係，但是似乎還沒有人做此研究與結論。
圖十八 編號３０２的標本〈前文圖十四〉的另一面但岩石已經被溶掉一塊。這類火成岩，顯示為岩漿遇冷而快速凍結所產生〈接近火山玻璃〉，原因是熔岩直接接觸到海水。如前文圖十二，海板塊與陸板塊碰撞處陸板塊產生許多破碎裂縫，導致海水灌入在海平面下數千公尺與岩漿接觸，海水被加熱到５００度C以上高溫〈超過臨界溫度呈氣態〉，壓力則是在數百大氣壓以上，形成最初的熱液，且因氣化使熱液往上衝，等溫度稍降，熱液又被壓回與岩漿再次接觸，如此反覆像國外地熱公園的間歇泉。
圖十八~１高溫熱液將岩石溶解包含許多複雜的物理和化學的反應式，這些反應與一般人所知常溫常壓的反應有所不同，例如用燒杯裝水加熱，水加熱至沸騰〈１００度C〉，看不出杯子有被溶解，但是在高壓下水溫度升至３００度C還未氣化，這時候二氧化矽與矽酸鹽在此熱液的溶解度，變成很可觀，在此條件玻璃或岩石都會被溶掉：
２H2O → ２H3O+ ＋ ２OH- 高溫時水的解離增加
SiO2 ＋ 3OH- → H( SiO4)3- ＋ H2O 接近水的臨界溫度時水晶也溶於水
CaSiO3 → Ca2+ ＋ ( SiO3)2- 原為矽酸鹽類則比水晶更易溶於熱水
FeS ＋ S ←→ FeS2 高溫時反應向左，低溫時反應向右
FeS ←→ Fe2+ ＋ S2- 高溫時反應向右，溶解度增加
因此在不考慮氧化還原反應岩石在高溫高壓的熱水中也就會被溶解。
〈二〉黃金為何會溶到熱液中，形成金礦熱液：
黃金在空氣中並不會生銹，要將黃金溶掉並不那麼容易，必須使用很強的氧化劑，如果氧化劑強度稍嫌不夠時，則須要加上含能作為錯離子的配位子〈一般多為負離子〉之物質幫忙也可以將金子溶掉，例如硝酸溶不了黃金但再加上鹽酸或氫氟酸就溶得掉〈但作用產生的NO2很毒〉，水中有氧奈何不了金，加上氰化物便可以慢慢溶〈氰化物加到硝酸產生氰氫酸效果差〉。因此形成金礦的三要件中，這項要件要將金子溶到熱液中，是最不易具備也最關鍵的。
圖十九 編號４０１的標本， 這是一塊原本富含黃鐵礦的安山岩，它正被熱液腐蝕的情形。海水中含有氧氣〈溶解自空氣以及海藻行光合作用產生〉，形成熱液後氧氣變得更活潑，與熔岩及流經的岩層中硫磺與黃鐵礦等作用產生硫酸：
２S ＋ ３O2 ＋ ２H2O → ４H+ ＋ ２(SO4)2-
４FeS2 ＋ １５O2 ＋ ２H2O → ４Fe3+ ＋ ４H+ ＋ ８(SO4)2-
熱液變強酸性並充滿高鐵離子Fe3+後，對岩石的腐蝕性更強〈唯對SiO2溶解度減弱〉溶解速度更快；
圖二十 編號４０２；這件標本可以說是岩石的殘骸在礦坑中採集到的，是整塊快要被溶掉的安山岩其中剩餘少許黃鐵礦，夏國雄老礦工師父交到余手上時仍有強烈的酸味，表示黃鐵礦正在氧化中，酸味則來自於氫氯酸：
H2SO4 ＋ NaCl → NaHSO4 ＋ HCl↑
海水中食鹽NaCl因氯離子的存在對金礦的形成扮演著關鍵中關鍵的角色，使得氧在高溫與酸性條件時能將金Au溶解：
４Au ＋ ３O2 ＋ １２H+ ＋ １６Cl- → ４(AuCl4)- ＋ ６H2O
4Au + O2 + 4H+ + 8Cl- → 4(AuCl2)- + 2H2O
然而很可能在熱液與熔岩接觸時氧氣O2所剩無幾，因此要將黃金溶掉另有途徑，以下的反應式是余的推測，目前沒有人這樣寫：
〈１〉 Au ＋ ３Fe3+ ＋ ４Cl- ←→ (AuCl4)- ＋ ３Fe2+
Au + Fe3+ + 2Cl- ←→ (AuCl2)- + Fe2+
〈２〉 ２Fe3+ ＋ 6H2O ←→ Fe2O3 ＋ １２H+
在極高溫５００度C〈目前測得金瓜石熱液溫度〉以上強酸性熱液，第２個反應向左，第１個反應向右，則會將熔岩中金子溶掉。余曾聽台金公司人員說，熱液溶掉之熔岩達５０公尺以上，上圖３０２標本，正好處於交界處。
在高中化學反應平衡這章，提及溫度升高有利於吸熱反應，上述第一個反應在常溫下是不會發生，屬於吸熱反應，但在高溫下提供熱量的差額使反應發生。我們舉類似例子：
鎂帶在二氧化碳中繼續燃燒：２Mg ＋ CO2 → ２MgO ＋ C 。然而科學家也可以在極高溫（１２００度Ｃ）讓碳與氧化鎂作用製造鎂。
〈三〉金礦熱液對近處岩層的影響：
圖二十一 這張圖意在說明熱液穿過安山岩的情況，圖二十二之標本與本圖相近，圖二十三為接近中央區的矽化帶之矽化安山岩，圖二十四為黏土化帶標本之黏土，圖二十五為混著很多氧化鐵的黏土。
圖二十二 編號４０５；這是一塊像蟾蜍的金礦石，右上方的孔就是熱液通道，距通道較遠處的安山岩已經都綠泥石化，看不到原來安山岩的晶斑。
圖二十二～１一部分安山岩原來的晶斑已經被掏空，接近中央矽化安山岩處較似黏土。
圖二十二～２ 近通道處的安山岩剛敲開時顏色很淡，久置變成鐵銹顏色，表示此處原本富含亞鐵離子Fe2+，即狀態為第一個反應式的右方，黃金還存在熱液中沒有開始沉積，所以這塊金礦石金含量不高。
圖二十二～３ 具有熱液通道的岩石，很值得收藏，從這個角度看出通道是岩層的裂縫，因為沒有水晶沉積所以保持原本的樣子，此處溫度原來可能較高。
圖二十三 斑晶完全被掏空的安山岩四處都可以看到水晶析出這便是矽化安山岩，輝石、閃石、雲母、長石等矽酸岩類被掏空溶解的原因是因為熱液呈強酸性，而矽酸鹽多呈弱鹼性〈鋯石算是例外〉，以長石為例：
KAlSi3O8 ＋ ４H+ ＋ H2O → K+ ＋ Al3+ ＋ ３H2SiO3
在此產生矽酸H2SiO3只是代表產物，有可能是H4SiO4、H4Si2O6....等。至於水晶析出的原因是熱液強酸性中SiO2〈弱酸性〉溶解度差，而矽酸很快飽和在壓力溫度都下降時便迅速沉積：
２H+ ＋ (SiO3)2- ←→ H2SiO3 ←→ H2O ＋ SiO2↓
溫度壓力均降會往右反應，溫度降但壓力大則會部分停留在中間形成蛋白石SiO2‧nH2O。
圖二十三～１ 上圖右邊安山岩的反面。余在實驗室在常溫常壓下將安山岩泡在硫酸幾個月，結果相似，但是因為沒有SiO2沉積所以結構很脆弱，較像圖二十。這類矽化安山岩因為都曾經泡在含金熱液中，或有黃金沉積，這兩塊為例含量就不很多，但因為雜質較少，使用氰化法提煉，藥品損失小。
圖二十四 矽化安山岩旁的黏土〈屬於九份的標本〉，這不是一般的高嶺土，高嶺土Kaolinite Al2Si2O5(OH)4是長石類礦物風化失去鹼金屬離子如K+、Na+等後的產物，這種黏土除了金屬鋁之外含有其他金屬如鈣、鋅、鐵及少量的重金屬，是熱液溶解岩石中矽酸鹽類在熱液溫度酸性都降低時沉澱所產生〈相較於水晶，黏土沉積的溫度較低，酸性弱的環境〉
圖二十五 在溫度下降酸性變弱時，第一個反應式向左第二個反應式向右，黃金、氧化鐵、黏土可能混在一起沉澱出來，就成了含金黏土。二個反應可以合併為：
２(AuCl4)- ＋ 6Fe2+ ＋ １８OH- → ２Au ＋ ３Fe2O3 ＋ ９H2O ＋ ８Cl-
2 (AuCl2)- + 2Fe2+ + 6OH- → 2Au + Fe2O3 + 3H2O + 4Cl-
這是金瓜石的標本，少許金混在大量產物中所以這裡的自然金大多肉眼看不到，但沉積面大。在九份的標本，大家可以到現代礦工部落格參考，余以為九份的環境溫度下降但是酸性仍強，所以第一個反應式向左，第二個反應沒有向右，產生的高鐵離子Fe3+被熱液帶到其它地方，如此反應速度較慢，但是黃金有較長時間結晶，因此在九份許多自然金標本是肉眼就看得到金子，但看不到金子的地方含金量少。
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