A víz keménysége alapvetően a kétértékű kationok (főleg Ca²⁺ és Mg²⁺, valamint kis mennyiségű Sr²⁺, Ba²⁺ és Fe²⁺) koncentrációjának mértéke.
A vízkémiában és a mérnöki kezelésben a keménységet ideiglenes keménységre és tartós keménységre osztják. Az átmeneti keménység a vízben lévő bikarbonátokhoz (HCO₃⁻) és karbonátokhoz (CO32⁻) kötött kalcium- és magnéziumionok koncentrációja. Mivel a természetes víz pH-ja általában 8,3 alatt van, főként bikarbonátok formájában létezik (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO3)2).
Ha a vizet 60-70 fok fölé melegítjük, hőbomlási reakció megy végbe, amely során karbonátok válnak ki:
Ca(HCO3)₂ → Δ → CaCO3↓ + CO₂↑ + H2O
Mg(HCO3)₂ → Δ → MgCO3 + CO2↑ + H2O (köztitermék, tovább hidrolizálva Mg(OH)2-vé)
Elméleti maximális értékét a víz teljes lúgossága (főleg HCO₃⁻) korlátozza. Ha teljes keménység > teljes lúgosság, karbonátkeménység=teljes lúgosság. Ez a vízmérleg-számítások magja.
A tartós keménység kalcium, magnézium és erős savas anionok, például szulfát (SO42⁻), klorid (Cl⁻) és nitrát (NO3⁻) (pl. CaSO4, MgCl2) kombinációjával képzett só.
Ezek a sók jól oldódnak (pl. a CaSO₂ oldhatósága körülbelül 2,1 g/l 25 °C-on), és nem képeznek karbonátos csapadékot forralás után, ezért a "tartós" kifejezés. Magas hőmérsékleten és nyomáson (például kazánokban) azonban oldhatóságuk megfordul (a hőmérséklet emelkedésével csökken), így kemény, sűrű kalcium-szulfát-réteg alakul ki, ami károsabb.
Nemzetközi szinten a mg/l CaCO3-t (kalcium-karbonátként számítva) használják szabványos egységként a számítás és az összehasonlítás megkönnyítése érdekében.
A WHO *Ivóvíz{0}}minőségi irányelvei* nem határoz meg kötelező keménységi határt, de jelzi, hogy az ideális tartomány 60-120 mg/L lehet, és hangsúlyozza a túl alacsony keménység korróziós kockázatát (<30 mg/L).
A kínai *ivóvízminőségi szabványok* 450 mg/l-es keménységi határértéket írnak elő (érzékszervi megfontolások és vízfelhasználói{1}}felszerelés alapján).
Az Egyesült Államok legtöbb vízszolgáltató cége 150-200 mg/l alatti keménységet ajánl.
Kalciumkeménység vs magnéziumkeménység
1 mmol/l Ca2+ 100 mg/l CaCO3-ként, míg 1 mmol/L Mg2+ 122 mg/l CaCO3-ként járul hozzá. Ez azt jelenti, hogy azonos tömegkoncentráció mellett a magnéziumionok nagyobb moláris keménységet biztosítanak.
A kalcium-karbonát (CaCO₃) lerakódás sűrű és kemény, általában melegvíz-csövekben található. A magnézium-hidroxid (Mg(OH)₂) vagy magnézium-szilikát vízkő lazább és csúszósabb, de stabilabb magas hőmérsékleten.
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 (körülbelül 41,5 mg/l CaCO3 magnézium keménysége).
A kutatások azt mutatják, hogy a 2:1-hez (Ca:Mg) közeli tömegarányú víz előnyösebb lehet az emberi ásványianyag-anyagcserében, és közelebb áll a természetes, jó minőségű ásványvíz arányához.