Vannhardhet er i hovedsak et mål på konsentrasjonen av toverdige kationer (hovedsakelig Ca²⁺ og Mg²⁺, og inkluderer også små mengder Sr²⁺, Ba²⁺ og Fe²⁺).
I vannkjemi og ingeniørbehandling er hardhet klassifisert i midlertidig hardhet og permanent hardhet. Midlertidig hardhet er konsentrasjonen av kalsium- og magnesiumioner bundet til bikarbonater (HCO₃⁻) og karbonater (CO₃²⁻) i vann. Siden pH i naturlig vann vanligvis er under 8,3, eksisterer det hovedsakelig i form av bikarbonater (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂).
Når vann varmes opp til over 60-70 grader, oppstår en termisk dekomponeringsreaksjon som utfeller karbonater:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (mellomprodukt, hydrolysert videre til Mg(OH)₂)
Dens teoretiske maksimumsverdi er begrenset av den totale alkaliniteten til vannet (hovedsakelig HCO₃⁻). Når total hardhet > total alkalitet, karbonathardhet=total alkalinitet. Dette er kjernen i vannbalanseberegninger.
Permanent hardhet er et salt dannet av kombinasjonen av kalsium, magnesium og sterke syreanioner som sulfat (SO₄²⁻), klorid (Cl⁻) og nitrat (NO₃⁻) (f.eks. CaSO₄, MgCl₂).
Disse saltene har høy løselighet (f.eks. CaSO4-løselighet er ca. 2,1 g/L ved 25 grader), og produserer ikke karbonatutfellinger etter koking, derav begrepet "permanent". Imidlertid, under høy temperatur og trykk (som i kjeler), reverserer deres løselighet (minker med økende temperatur), og danner en hard, tett kalsiumsulfatskala, som er mer skadelig.
Internasjonalt brukes mg/L CaCO₃ (beregnet som kalsiumkarbonat) som standardisert enhet for enkel beregning og sammenligning.
WHOs *Guidelines for Drinking-water Quality* setter ingen obligatorisk hardhetsgrense, men indikerer at det ideelle området kan være 60-120 mg/L, og understreker korrosjonsrisikoen ved for lav hardhet (<30 mg/L).
Kinas *Standards for Drinking Water Quality* angir en hardhetsgrense på 450 mg/L (basert på sensoriske betraktninger og vann-ved bruk av utstyr).
De fleste vannselskaper i USA anbefaler en hardhet under 150-200 mg/L.
Kalsiumhardhet vs. magnesiumhardhet
1 mmol/L Ca²⁺ bidrar med 100 mg/L som CaCO₃, mens 1 mmol/L Mg²⁺ bidrar med 122 mg/L som CaCO₃. Dette betyr at ved samme massekonsentrasjon bidrar magnesiumioner med en høyere molar hardhet.
Kalsiumkarbonat (CaCO₃) avleiring er tett og hard, ofte funnet i varmtvannsrør. Magnesiumhydroksid (Mg(OH)₂) eller magnesiumsilikatavleiring er løsere og glattere, men mer stabil ved høye temperaturer.
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 (omtrent 41,5 mg/L som CaCO3-magnesiumhardhet).
Forskning indikerer at vann med et masseforhold nær 2:1 (Ca:Mg) kan være mer fordelaktig for menneskelig mineralmetabolisme og er nærmere forholdet mellom naturlig-mineralvann av høy kvalitet.