Su sertliği esas olarak iki değerlikli katyonların (temel olarak Ca²⁺ ve Mg²⁺ ve ayrıca küçük miktarlarda Sr²⁺, Ba²⁺ ve Fe²⁺ dahil) konsantrasyonunun bir ölçüsüdür.
Su kimyası ve mühendislik arıtımında sertlik, geçici sertlik ve kalıcı sertlik olarak sınıflandırılır. Geçici sertlik, sudaki bikarbonatlara (HCO₃⁻) ve karbonatlara (CO₃²⁻) bağlı kalsiyum ve magnezyum iyonlarının konsantrasyonudur. Doğal suyun pH'ı genellikle 8,3'ün altında olduğundan esas olarak bikarbonatlar (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂) formunda bulunur.
Su 60-70 derecenin üzerine ısıtıldığında, karbonatların çökelmesine neden olan bir termal ayrışma reaksiyonu meydana gelir:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂↑ + H₂O (ara ürün, ayrıca Mg(OH)₂'ye hidrolize edilir)
Teorik maksimum değeri suyun toplam alkalinitesi (temel olarak HCO₃⁻) ile sınırlıdır. Toplam sertlik > toplam alkalilik olduğunda, karbonat sertliği=toplam alkalilik. Bu, su dengesi hesaplamalarının özüdür.
Kalıcı sertlik, kalsiyum, magnezyum ve sülfat (SO₄²⁻), klorür (Cl⁻) ve nitrat (NO₃⁻) (örn. CaSO₄, MgCl₂) gibi güçlü asit anyonlarının kombinasyonuyla oluşturulan bir tuzdur.
Bu tuzlar yüksek çözünürlüğe sahiptir (örn. CaSO₄ çözünürlüğü 25 derecede yaklaşık 2,1 g/L'dir) ve kaynatma sonrasında karbonat çökeltileri üretmezler, dolayısıyla "kalıcı" terimi kullanılır. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık ve basınç altında (kazanlarda olduğu gibi), çözünürlükleri tersine döner (sıcaklığın artmasıyla azalır), sert, yoğun bir kalsiyum sülfat tortusu oluşturur ve bu daha zararlıdır.
Uluslararası alanda, hesaplama ve karşılaştırma kolaylığı için standart birim olarak mg/L CaCO₃ (kalsiyum karbonat olarak hesaplanır) kullanılır.
DSÖ'nün *İçme{0}}Su Kalitesi Yönergeleri* zorunlu bir sertlik sınırı belirlemez, ancak ideal aralığın 60-120 mg/L olabileceğini belirtir ve aşırı düşük sertliğin korozyon riskini vurgular (<30 mg/L).
Çin'in *İçme Suyu Kalitesi Standartları* 450 mg/L'lik bir sertlik sınırı öngörmektedir (duyusal hususlara ve su-kullanılan ekipmana dayalı olarak).
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki çoğu su şirketi 150-200 mg/L'nin altında bir sertlik önermektedir.
Kalsiyum Sertliği ve Magnezyum Sertliği
1 mmol/L Ca²⁺ CaCO₃ olarak 100 mg/L katkıda bulunurken, 1 mmol/L Mg²⁺ CaCO₃ olarak 122 mg/L katkıda bulunur. Bu, aynı kütle konsantrasyonunda magnezyum iyonlarının daha yüksek molar sertliğe katkıda bulunduğu anlamına gelir.
Kalsiyum karbonat (CaCO₃) tortusu yoğun ve serttir ve genellikle sıcak su borularında bulunur. Magnezyum hidroksit (Mg(OH)₂) veya magnezyum silikat tortusu daha gevşek ve kaygandır ancak yüksek sıcaklıklarda daha stabildir.
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 (CaCO₃ magnezyum sertliği olarak yaklaşık 41,5 mg/L).
Araştırmalar, kütle oranı 2:1'e (Ca:Mg) yakın olan suyun, insan mineral metabolizması için daha faydalı olabileceğini ve doğal yüksek-kaliteli maden suyu oranına daha yakın olduğunu gösteriyor.