La duresa de l'aigua és essencialment una mesura de la concentració de cations divalents (principalment Ca²⁺ i Mg²⁺, i també inclou petites quantitats de Sr²⁺, Ba²⁺ i Fe²⁺).
En el tractament de la química i l'enginyeria de l'aigua, la duresa es classifica en duresa temporal i duresa permanent. La duresa temporal és la concentració d'ions calci i magnesi units a bicarbonats (HCO₃⁻) i carbonats (CO₃²⁻) a l'aigua. Com que el pH de l'aigua natural sol ser inferior a 8,3, existeix principalment en forma de bicarbonats (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Quan l'aigua s'escalfa a més de 60-70 graus, es produeix una reacció de descomposició tèrmica, precipitant carbonats:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (producte intermedi, més hidrolitzat a Mg(OH)₂)
El seu valor màxim teòric està limitat per l'alcalinitat total de l'aigua (principalment HCO₃⁻). Quan duresa total > alcalinitat total, duresa carbonatada=alcalinitat total. Aquest és el nucli dels càlculs del balanç hídric.
La duresa permanent és una sal formada per la combinació d'anions de calci, magnesi i àcids forts com ara sulfat (SO₄²⁻), clorur (Cl⁻) i nitrat (NO₃⁻) (per exemple, CaSO₄, MgCl₂).
Aquestes sals tenen una alta solubilitat (per exemple, la solubilitat del CaSO₄ és d'aproximadament 2,1 g/L a 25 graus), i no produeixen precipitats de carbonat després de l'ebullició, d'aquí el terme "permanent". No obstant això, a temperatures i pressions elevades (com a les calderes), la seva solubilitat s'inverteix (disminueix amb l'augment de la temperatura), formant una escala de sulfat de calci dura i densa, que és més perjudicial.
A nivell internacional, s'utilitza mg/L de CaCO₃ (calculat com a carbonat de calci) com a unitat estandarditzada per facilitar el càlcul i la comparació.
Les *Directrius per a la-qualitat de l'aigua potable* de l'OMS no estableixen un límit de duresa obligatori, però indica que l'interval ideal pot ser de 60 a 120 mg/L i posa l'accent en el risc de corrosió d'una duresa excessivament baixa (<30 mg/L).
Els *Normes de qualitat de l'aigua potable* de la Xina estipulen un límit de duresa de 450 mg/L (basat en consideracions sensorials i en equips que utilitzen aigua-).
La majoria de les companyies d'aigua dels Estats Units recomanen una duresa inferior a 150-200 mg/L.
Duresa del calci versus duresa del magnesi
1 mmol/L de Ca²⁺ aporta 100 mg/L com a CaCO₃, mentre que 1 mmol/L de Mg²⁺ aporta 122 mg/L com a CaCO₃. Això vol dir que a la mateixa concentració de massa, els ions de magnesi aporten una duresa molar més alta.
L'escala de carbonat de calci (CaCO₃) és densa i dura, que es troba habitualment a les canonades d'aigua calenta. L'hidròxid de magnesi (Mg(OH)₂) o l'escala de silicat de magnesi és més fluix i relliscós, però més estable a altes temperatures.
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 (aproximadament 41,5 mg/L com a duresa de magnesi CaCO₃).
Les investigacions indiquen que l'aigua amb una proporció de massa propera a 2:1 (Ca:Mg) pot ser més beneficiosa per al metabolisme mineral humà i s'acosta més a la proporció d'aigua mineral natural d'alta qualitat-.
