La dureza del agua es esencialmente una medida de la concentración de cationes divalentes (principalmente Ca²⁺ y Mg²⁺, y también incluye pequeñas cantidades de Sr²⁺, Ba²⁺ y Fe²⁺).
En el tratamiento de ingeniería y química del agua, la dureza se clasifica en dureza temporal y dureza permanente. La dureza temporal es la concentración de iones de calcio y magnesio unidos a bicarbonatos (HCO₃⁻) y carbonatos (CO₃²⁻) en agua. Dado que el pH del agua natural suele ser inferior a 8,3, existe principalmente en forma de bicarbonatos (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Cuando el agua se calienta por encima de 60-70 grados, se produce una reacción de descomposición térmica que precipita los carbonatos:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂ ↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂ ↑ + H₂O (producto intermedio, hidrolizado adicionalmente a Mg(OH)₂)
Su valor máximo teórico está limitado por la alcalinidad total del agua (principalmente HCO₃⁻). Cuando dureza total > alcalinidad total, dureza de carbonatos=alcalinidad total. Este es el núcleo de los cálculos del balance hídrico.
La dureza permanente es una sal formada por la combinación de calcio, magnesio y aniones de ácidos fuertes como sulfato (SO₄²⁻), cloruro (Cl⁻) y nitrato (NO₃⁻) (p. ej., CaSO₄, MgCl₂).
Estas sales tienen alta solubilidad (p. ej., la solubilidad de CaSO₄ es aproximadamente 2,1 g/l a 25 grados) y no producen precipitados de carbonato después de hervir, de ahí el término "permanente". Sin embargo, a altas temperaturas y presiones (como en las calderas), su solubilidad se invierte (disminuye al aumentar la temperatura), formando una incrustación dura y densa de sulfato de calcio, que es más dañina.
A nivel internacional, mg/L CaCO₃ (calculado como carbonato de calcio) se utiliza como unidad estandarizada para facilitar el cálculo y la comparación.
Las *Directrices para la calidad del agua potable-* de la OMS no establecen un límite de dureza obligatorio, pero indican que el rango ideal puede ser de 60 a 120 mg/l y enfatiza el riesgo de corrosión de una dureza excesivamente baja (<30 mg/L).
Los *Estándares para la calidad del agua potable* de China estipulan un límite de dureza de 450 mg/L (basado en consideraciones sensoriales y en el equipo que utiliza el agua).
La mayoría de las compañías de agua en los Estados Unidos recomiendan una dureza inferior a 150-200 mg/L.
Dureza del calcio frente a dureza del magnesio
1 mmol/L de Ca²⁺ aporta 100 mg/L como CaCO₃, mientras que 1 mmol/L de Mg²⁺ aporta 122 mg/L como CaCO₃. Esto significa que a la misma concentración de masa, los iones de magnesio aportan una mayor dureza molar.
Las incrustaciones de carbonato de calcio (CaCO₃) son densas y duras y se encuentran comúnmente en las tuberías de agua caliente. Las incrustaciones de hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) o silicato de magnesio son más sueltas y resbaladizas, pero más estables a altas temperaturas.
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 (aproximadamente 41,5 mg/L como dureza CaCO₃ magnesio).
Las investigaciones indican que el agua con una proporción de masa cercana a 2:1 (Ca:Mg) puede ser más beneficiosa para el metabolismo mineral humano y está más cerca de la proporción del agua mineral natural de alta-calidad.
