A dureza da água é essencialmente uma medida da concentração de cátions divalentes (principalmente Ca²⁺ e Mg²⁺, e também incluindo pequenas quantidades de Sr²⁺, Ba²⁺ e Fe²⁺).
Na química da água e no tratamento de engenharia, a dureza é classificada em dureza temporária e dureza permanente. A dureza temporária é a concentração de íons cálcio e magnésio ligados a bicarbonatos (HCO₃⁻) e carbonatos (CO₃²⁻) na água. Como o pH da água natural é geralmente inferior a 8,3, ela existe principalmente na forma de bicarbonatos (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Quando a água é aquecida acima de 60-70 graus, ocorre uma reação de decomposição térmica, precipitando carbonatos:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (produto intermediário, posteriormente hidrolisado em Mg(OH)₂)
Seu valor máximo teórico é limitado pela alcalinidade total da água (principalmente HCO₃⁻). Quando dureza total > alcalinidade total, dureza carbonática=alcalinidade total. Este é o núcleo dos cálculos do balanço hídrico.
A dureza permanente é um sal formado pela combinação de cálcio, magnésio e ânions de ácidos fortes, como sulfato (SO₄²⁻), cloreto (Cl⁻) e nitrato (NO₃⁻) (por exemplo, CaSO₄, MgCl₂).
Esses sais têm alta solubilidade (por exemplo, a solubilidade do CaSO4 é de aproximadamente 2,1 g/L a 25 graus) e não produzem precipitados de carbonato após a fervura, daí o termo "permanente". Porém, sob altas temperaturas e pressões (como em caldeiras), sua solubilidade se inverte (diminui com o aumento da temperatura), formando uma incrustação dura e densa de sulfato de cálcio, que é mais prejudicial.
Internacionalmente, mg/L CaCO₃ (calculado como carbonato de cálcio) é usado como unidade padronizada para facilidade de cálculo e comparação.
As *Diretrizes para a qualidade da água potável-da OMS* não estabelecem um limite de dureza obrigatório, mas indicam que a faixa ideal pode ser de 60 a 120 mg/L e enfatizam o risco de corrosão da dureza excessivamente baixa (<30 mg/L).
Os *Padrões de Qualidade de Água Potável* da China estipulam um limite de dureza de 450 mg/L (com base em considerações sensoriais e no equipamento-que utiliza água).
A maioria das empresas de água nos Estados Unidos recomenda uma dureza abaixo de 150-200 mg/L.
Dureza do Cálcio vs. Dureza do Magnésio
1 mmol/L de Ca²⁺ contribui com 100 mg/L como CaCO₃, enquanto 1 mmol/L de Mg²⁺ contribui com 122 mg/L como CaCO₃. Isto significa que na mesma concentração de massa, os íons de magnésio contribuem para uma maior dureza molar.
A incrustação de carbonato de cálcio (CaCO₃) é densa e dura, comumente encontrada em tubulações de água quente. A incrustação de hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) ou silicato de magnésio é mais solta e escorregadia, mas mais estável em 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 magnésio).
Pesquisas indicam que a água com uma proporção de massa próxima de 2:1 (Ca:Mg) pode ser mais benéfica para o metabolismo mineral humano e está mais próxima da proporção da água mineral natural de alta-qualidade.