Die Wasserhärte ist im Wesentlichen ein Maß für die Konzentration zweiwertiger Kationen (hauptsächlich Ca²⁺ und Mg²⁺, aber auch kleine Mengen Sr²⁺, Ba²⁺ und Fe²⁺).
In der Wasserchemie und Wasseraufbereitung wird die Härte in temporäre Härte und permanente Härte eingeteilt. Die temporäre Härte ist die Konzentration von Calcium- und Magnesiumionen, die an Bikarbonate (HCO₃⁻) und Karbonate (CO₃²⁻) im Wasser gebunden sind. Da der pH-Wert von natürlichem Wasser normalerweise unter 8,3 liegt, liegt es hauptsächlich in Form von Bikarbonaten (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂) vor.
Wenn Wasser auf über 60-70 Grad erhitzt wird, kommt es zu einer thermischen Zersetzungsreaktion, bei der Carbonate ausfallen:
Ca(HCO₃)₂ → Δ → CaCO₃↓ + CO₂ ↑ + H₂O
Mg(HCO₃)₂ → Δ → MgCO₃ + CO₂ ↑ + H₂O (Zwischenprodukt, weiter hydrolysiert zu Mg(OH)₂)
Sein theoretischer Maximalwert wird durch die Gesamtalkalität des Wassers (hauptsächlich HCO₃⁻) begrenzt. Wenn Gesamthärte > Gesamtalkalität, Karbonathärte=Gesamtalkalität. Dies ist der Kern der Wasserhaushaltsberechnungen.
Permanente Härte ist ein Salz, das durch die Kombination von Calcium, Magnesium und starken Säureanionen wie Sulfat (SO₄²⁻), Chlorid (Cl⁻) und Nitrat (NO₃⁻) (z. B. CaSO₄, MgCl₂) gebildet wird.
Diese Salze haben eine hohe Löslichkeit (z. B. beträgt die CaSO₄-Löslichkeit etwa 2,1 g/L bei 25 Grad) und erzeugen nach dem Kochen keine Carbonatniederschläge, daher der Begriff „permanent“. Unter hoher Temperatur und hohem Druck (z. B. in Kesseln) kehrt sich jedoch ihre Löslichkeit um (mit steigender Temperatur nimmt sie ab) und es bildet sich ein harter, dichter Calciumsulfat-Kessel, der schädlicher ist.
International wird zur Vereinfachung der Berechnung und des Vergleichs mg/L CaCO₃ (berechnet als Calciumcarbonat) als standardisierte Einheit verwendet.
Die *Richtlinien für die Trinkwasserqualität* der WHO legen keinen verbindlichen Härtegrenzwert fest, geben jedoch an, dass der ideale Bereich bei 60–120 mg/L liegen kann, und betonen das Korrosionsrisiko einer übermäßig niedrigen Härte (<30 mg/L).
Chinas *Standards für die Trinkwasserqualität* schreiben einen Härtegrenzwert von 450 mg/L vor (basierend auf sensorischen Überlegungen und Wasser-unter Verwendung von Geräten).
Die meisten Wasserversorger in den Vereinigten Staaten empfehlen eine Härte unter 150–200 mg/L.
Calciumhärte vs. Magnesiumhärte
1 mmol/L Ca²⁺ trägt 100 mg/L als CaCO₃ bei, während 1 mmol/L Mg²⁺ 122 mg/L als CaCO₃ beiträgt. Das bedeutet, dass Magnesiumionen bei gleicher Massenkonzentration zu einer höheren molaren Härte beitragen.
Calciumcarbonat (CaCO₃)-Ablagerungen sind dicht und hart und kommen häufig in Warmwasserleitungen vor. Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) oder Magnesiumsilikat-Ablagerungen sind lockerer und rutschiger, aber bei hohen Temperaturen stabiler.
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 (ungefähr 41,5 mg/L als CaCO₃-Magnesiumhärte).
Untersuchungen deuten darauf hin, dass Wasser mit einem Massenverhältnis von etwa 2:1 (Ca:Mg) möglicherweise vorteilhafter für den menschlichen Mineralstoffwechsel ist und näher am Verhältnis von natürlichem Mineralwasser hoher Qualität liegt.
