Duritatea apei este în esență o măsură a concentrației de cationi divalenți (în principal Ca²⁺ și Mg²⁺ și, de asemenea, include cantități mici de Sr²⁺, Ba²⁺ și Fe²⁺).
În chimia apei și tratarea inginerească, duritatea este clasificată în duritate temporară și duritate permanentă. Duritatea temporară este concentrația ionilor de calciu și magneziu legați de bicarbonați (HCO₃⁻) și carbonați (CO₃²⁻) în apă. Deoarece pH-ul apei naturale este de obicei sub 8,3, aceasta există în principal sub formă de bicarbonați (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Când apa este încălzită la peste 60-70 de grade, are loc o reacție de descompunere termică, precipitând carbonați:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (produs intermediar, hidrolizat în continuare la Mg(OH)₂)
Valoarea sa maximă teoretică este limitată de alcalinitatea totală a apei (în principal HCO₃⁻). Când duritatea totală > alcalinitatea totală, duritatea carbonatului=alcalinitatea totală. Acesta este nucleul calculelor bilanțului de apă.
Duritatea permanentă este o sare formată din combinația de calciu, magneziu și anioni acizi puternici, cum ar fi sulfat (SO₄²⁻), clorură (Cl⁻) și nitrat (NO₃⁻) (de exemplu, CaSO₄, MgCl₂).
Aceste săruri au solubilitate ridicată (de exemplu, solubilitatea CaSO4 este de aproximativ 2,1 g/L la 25 de grade) și nu produc precipitate de carbonat după fierbere, de unde termenul "permanent". Cu toate acestea, la temperatură și presiune ridicată (cum ar fi în cazane), solubilitatea lor se inversează (scade odată cu creșterea temperaturii), formând un sol tare, dens de sulfat de calciu, care este mai dăunător.
La nivel internațional, mg/L CaCO₃ (calculat ca carbonat de calciu) este utilizat ca unitate standardizată pentru ușurință de calcul și comparație.
*Orientările OMS pentru{0}}calitatea apei potabile* nu stabilesc o limită obligatorie de duritate, dar indică faptul că intervalul ideal poate fi 60-120 mg/L și subliniază riscul de coroziune al durității excesiv de scăzute (<30 mg/L).
*Standardele Chinei pentru calitatea apei potabile* stipulează o limită de duritate de 450 mg/L (pe baza considerațiilor senzoriale și a echipamentelor care utilizează apă-).
Majoritatea companiilor de apă din Statele Unite recomandă o duritate sub 150-200 mg/L.
Duritatea calciului vs. Duritatea magneziului
1 mmol/L de Ca²⁺ contribuie cu 100 mg/L ca CaCO₃, în timp ce 1 mmol/L de Mg²⁺ contribuie cu 122 mg/L ca CaCO₃. Aceasta înseamnă că la aceeași concentrație de masă, ionii de magneziu contribuie la o duritate molară mai mare.
Scara de carbonat de calciu (CaCO₃) este densă și tare, întâlnită frecvent în conductele de apă caldă. Hidroxidul de magneziu (Mg(OH)₂) sau scara de silicat de magneziu este mai slabă și mai alunecoasă, dar mai stabilă la temperaturi ridicate.
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 (aproximativ 41,5 mg/L ca duritate CaCO₃ magneziu).
Cercetările indică faptul că apa cu un raport de masă apropiat de 2:1 (Ca:Mg) poate fi mai benefică pentru metabolismul mineral uman și este mai apropiată de raportul dintre apa minerală naturală de înaltă calitate-.