صلابة الماء هي في الأساس مقياس لتركيز الكاتيونات ثنائية التكافؤ (بشكل أساسي Ca²⁺ وMg²⁺، وتتضمن أيضًا كميات صغيرة من Sr²⁺ وBa²⁺ وFe²⁺).
في كيمياء المياه والمعالجة الهندسية، يتم تصنيف الصلابة إلى صلابة مؤقتة وصلابة دائمة. الصلابة المؤقتة هي تركيز أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم المرتبطة بالبيكربونات (HCO₃⁻) والكربونات (CO₃²⁻) في الماء. بما أن الرقم الهيدروجيني للمياه الطبيعية عادة ما يكون أقل من 8.3، فهو موجود بشكل رئيسي في شكل بيكربونات (Ca(HCO₃)₂، Mg(HCO₃)₂).
عندما يتم تسخين الماء إلى ما فوق 60-70 درجة، يحدث تفاعل تحلل حراري، مما يؤدي إلى ترسيب الكربونات:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (منتج وسيط، يتحلل بشكل إضافي إلى Mg(OH)₂)
قيمتها القصوى النظرية محدودة بالقلوية الكلية للمياه (أساسًا HCO₃⁻). عندما تكون الصلابة الكلية > القلوية الكلية، صلابة الكربونات=القلوية الكلية. هذا هو جوهر حسابات توازن الماء.
العسر الدائم هو ملح يتكون من اتحاد الكالسيوم والمغنيسيوم والأنيونات الحمضية القوية مثل الكبريتات (SO₄²⁻) والكلوريد (Cl⁻) والنترات (NO₃⁻) (على سبيل المثال، CaSO₄، MgCl₂).
تتميز هذه الأملاح بقابلية ذوبان عالية (على سبيل المثال، تبلغ قابلية ذوبان CaSO₄ حوالي 2.1 جم / لتر عند 25 درجة)، ولا تنتج رواسب كربونات بعد الغليان، ومن هنا جاء المصطلح "دائمة". ومع ذلك، تحت درجة الحرارة والضغط المرتفعين (كما هو الحال في الغلايات)، تنعكس قابلية ذوبانها (تتناقص مع زيادة درجة الحرارة)، وتشكل مقياس كبريتات الكالسيوم الصلب والكثيف، وهو أكثر ضررًا.
على المستوى الدولي، يتم استخدام mg/L CaCO₃ (محسوبًا على شكل كربونات الكالسيوم) كوحدة موحدة لسهولة الحساب والمقارنة.
لا تحدد *إرشادات منظمة الصحة العالمية بشأن-جودة مياه الشرب* حدًا إلزاميًا للعسر، ولكنها تشير إلى أن النطاق المثالي قد يكون 60-120 ملجم/لتر، وتؤكد على خطر التآكل الناتج عن انخفاض العسر بشكل مفرط (<30 mg/L).
تنص *معايير جودة مياه الشرب* في الصين على حد عسر يبلغ 450 ملجم/لتر (استنادًا إلى الاعتبارات الحسية واستخدام -المياه للمعدات).
توصي معظم شركات المياه في الولايات المتحدة بأن تكون نسبة العسر أقل من 150-200 ملجم/لتر.
صلابة الكالسيوم مقابل صلابة المغنيسيوم
يساهم 1 مليمول/لتر من Ca²⁺ بـ 100 مجم/لتر في صورة CaCO₃، بينما يساهم 1 مليمول/لتر من Mg²⁺ بـ 122 مجم/لتر في صورة CaCO₃. وهذا يعني أنه عند نفس تركيز الكتلة، تساهم أيونات المغنيسيوم في زيادة الصلابة المولية.
مقياس كربونات الكالسيوم (CaCO₃) كثيف وصلب، ويوجد عادة في أنابيب الماء الساخن. هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH)₂) أو مقياس سيليكات المغنيسيوم هو أكثر مرونة وزلقة، ولكنه أكثر استقرارًا عند درجات الحرارة المرتفعة.
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 ملغم/لتر (حوالي 41.5 ملغم/لتر كصلابة مغنيسيوم CaCO₃).
تشير الأبحاث إلى أن الماء الذي تبلغ نسبة كتلته 2:1 (Ca:Mg) قد يكون أكثر فائدة لعملية التمثيل الغذائي للمعادن البشرية وأقرب إلى نسبة المياه المعدنية الطبيعية - ذات الجودة العالية.