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化学与环境保护是现代社会面临的重要课题。化学在环境中扮演着双重角色：一方面，某些化学物质的不当使用和排放会造成环境污染；另一方面，化学科学为我们提供了理解和解决环境问题的重要工具。化学反应在自然界中无处不在，从大气中的光化学反应到土壤中的生物化学过程，都体现了化学与环境的密切关系。
大气污染的化学机理复杂多样。酸雨的形成是典型的大气化学污染过程。二氧化硫首先与水反应生成亚硫酸，然后进一步氧化形成硫酸，最终以酸雨的形式降落到地面。温室气体如二氧化碳、甲烷和氧化亚氮通过吸收地球辐射的红外线，导致全球气候变暖。这些化学过程深刻影响着我们的环境质量。
水体污染化学涉及多种污染物的迁移转化过程。重金属离子如铅、汞、镉具有强烈的生物毒性，能够在生物体内累积并造成严重健康危害。富营养化是水体污染的重要形式，氮磷化合物的过量输入导致藻类大量繁殖。生化需氧量和化学需氧量是评价水质的重要化学指标，反映了水体中有机污染物的含量和耗氧程度。
土壤污染化学研究污染物在土壤中的迁移转化规律。农药残留是土壤污染的重要来源，有机氯化合物具有持久性强的特点，而有机磷化合物则具有神经毒性。这些农药通过水解和光解等过程逐渐降解。重金属在土壤中以不同化学形态存在，包括可交换态、碳酸盐结合态和氧化物结合态。土壤pH值显著影响重金属的活性和迁移能力，pH值降低会增加重金属的生物有效性。
化学治理技术是环境污染控制的重要手段。催化氧化技术中的芬顿反应通过铁离子催化过氧化氢产生强氧化性的羟基自由基，能够有效降解有机污染物。吸附技术利用活性炭等吸附剂的多孔结构和大比表面积，通过物理化学吸附去除污染物。生物化学处理技术利用微生物的代谢作用，将有机污染物转化为无害的二氧化碳和水。这些技术的核心都是通过化学反应实现污染物的转化和去除。