Η σκληρότητα του νερού είναι ουσιαστικά ένα μέτρο της συγκέντρωσης δισθενών κατιόντων (κυρίως Ca2+ και Mg2+, και επίσης περιλαμβάνει μικρές ποσότητες Sr2+, Ba2+ και Fe2+).
Στη χημεία του νερού και τη μηχανική επεξεργασία, η σκληρότητα ταξινομείται σε προσωρινή σκληρότητα και μόνιμη σκληρότητα. Η προσωρινή σκληρότητα είναι η συγκέντρωση των ιόντων ασβεστίου και μαγνησίου που είναι συνδεδεμένα με διττανθρακικά (HCO3-) και ανθρακικά (CO32-) στο νερό. Δεδομένου ότι το pH του φυσικού νερού είναι συνήθως κάτω από 8,3, υπάρχει κυρίως με τη μορφή διττανθρακικών (Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2).
Όταν το νερό θερμαίνεται πάνω από 60-70 βαθμούς, εμφανίζεται μια αντίδραση θερμικής αποσύνθεσης, καταβυθίζοντας ανθρακικά:
Ca(HCO3)2 → Δ → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O
Mg(HCO3)2 → Δ → MgCO3 + CO2↑ + H2O (ενδιάμεσο προϊόν, περαιτέρω υδρολυμένο σε Mg(OH)2)
Η θεωρητική μέγιστη τιμή του περιορίζεται από τη συνολική αλκαλικότητα του νερού (κυρίως HCO3-). Όταν ολική σκληρότητα > ολική αλκαλικότητα, ανθρακική σκληρότητα=ολική αλκαλικότητα. Αυτός είναι ο πυρήνας των υπολογισμών του ισοζυγίου νερού.
Η μόνιμη σκληρότητα είναι ένα άλας που σχηματίζεται από το συνδυασμό ανιόντων ασβεστίου, μαγνησίου και ισχυρών οξέων όπως θειικό (SO42-), χλωριούχο (Cl-) και νιτρικό (NO3-) (π.χ. CaSO4, MgCl2).
Αυτά τα άλατα έχουν υψηλή διαλυτότητα (π.χ. η διαλυτότητα CaSO4 είναι περίπου 2,1 g/L στους 25 βαθμούς) και δεν παράγουν ανθρακικά ιζήματα μετά το βρασμό, εξ ου και ο όρος "μόνιμο". Ωστόσο, υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση (όπως στους λέβητες), η διαλυτότητά τους αντιστρέφεται (μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας), σχηματίζοντας μια σκληρή, πυκνή κλίμακα θειικού ασβεστίου, η οποία είναι πιο επιβλαβής.
Διεθνώς, mg/L CaCO3 (υπολογιζόμενο ως ανθρακικό ασβέστιο) χρησιμοποιείται ως τυποποιημένη μονάδα για ευκολία υπολογισμού και σύγκρισης.
Οι *Οδηγίες για την ποιότητα του πόσιμου νερού* του ΠΟΥ δεν ορίζουν υποχρεωτικό όριο σκληρότητας, αλλά υποδεικνύουν ότι το ιδανικό εύρος μπορεί να είναι 60-120 mg/L και τονίζει τον κίνδυνο διάβρωσης της υπερβολικά χαμηλής σκληρότητας (<30 mg/L).
Τα *Πρότυπα για την Ποιότητα του Πόσιμου Νερού* της Κίνας ορίζουν όριο σκληρότητας 450 mg/L (βάσει αισθητηριακών κριτηρίων και εξοπλισμού χρήσης νερού-).
Οι περισσότερες εταιρείες νερού στις Ηνωμένες Πολιτείες συνιστούν σκληρότητα κάτω από 150-200 mg/L.
Σκληρότητα ασβεστίου έναντι σκληρότητας μαγνησίου
1 mmol/L Ca2+ συνεισφέρει 100 mg/L ως CaCO3, ενώ 1 mmol/L Mg2+ συνεισφέρει 122 mg/L ως CaCO3. Αυτό σημαίνει ότι στην ίδια συγκέντρωση μάζας, τα ιόντα μαγνησίου συμβάλλουν σε υψηλότερη μοριακή σκληρότητα.
Η κλίμακα ανθρακικού ασβεστίου (CaCO3) είναι πυκνή και σκληρή, συνήθως βρίσκεται σε σωλήνες ζεστού νερού. Το υδροξείδιο του μαγνησίου (Mg(OH)2) ή το πυριτικό μαγνήσιο είναι πιο χαλαρό και ολισθηρό, αλλά πιο σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες.
Magnesium is an essential element for the human body. Studies have shown a negative correlation between magnesium content in drinking water and cardiovascular disease mortality. The World Health Organization recommends that the magnesium content in drinking water should be >10 mg/L (περίπου 41,5 mg/L ως σκληρότητα μαγνησίου CaCO3).
Η έρευνα δείχνει ότι το νερό με αναλογία μάζας κοντά στο 2:1 (Ca:Mg) μπορεί να είναι πιο ωφέλιμο για τον ανθρώπινο μεταβολισμό μετάλλων και είναι πιο κοντά στην αναλογία του φυσικού μεταλλικού νερού υψηλής-ποιότητας.