Vandens kietumas iš esmės yra dvivalenčių katijonų (daugiausia Ca²⁺ ir Mg²⁺, taip pat įskaitant nedidelį kiekį Sr²⁺, Ba²⁺ ir Fe²⁺) koncentracijos matas.
Vandens chemijos ir inžinerinio apdorojimo srityse kietumas skirstomas į laikiną kietumą ir nuolatinį kietumą. Laikinasis kietumas yra kalcio ir magnio jonų, susietų su bikarbonatais (HCO₃⁻) ir karbonatais (CO3²⁻) koncentracija vandenyje. Kadangi natūralaus vandens pH paprastai yra mažesnis nei 8,3, jis daugiausia yra bikarbonatų (Ca(HCO₃)2, Mg(HCO3)2) pavidalu.
Kai vanduo pašildomas iki 60-70 laipsnių, įvyksta terminio skilimo reakcija, nusodinant karbonatus:
Ca(HCO3)₂ → Δ → CaCO3↓ + CO₂↑ + H2O
Mg(HCO3)₂ → Δ → MgCO3 + CO₂↑ + H2O (tarpinis produktas, toliau hidrolizuotas iki Mg(OH)2)
Jo teorinę didžiausią vertę riboja bendras vandens šarmingumas (daugiausia HCO₃⁻). Kai bendras kietumas > bendras šarmingumas, karbonatinis kietumas=bendras šarmingumas. Tai yra vandens balanso skaičiavimo pagrindas.
Nuolatinis kietumas yra druska, susidaranti kalcio, magnio ir stiprių rūgščių anijonų, tokių kaip sulfatas (SO42⁻), chloridas (Cl⁻) ir nitratas (NO3⁻) (pvz., CaSO₂, MgCl2), derinys.
Šios druskos yra labai tirpios (pvz., CaSO₂ tirpumas yra maždaug 2,1 g/l esant 25 laipsniui) ir po virinimo nesudaro karbonatų nuosėdų, todėl terminas „nuolatinis“. Tačiau esant aukštai temperatūrai ir slėgiui (pavyzdžiui, katiluose), jų tirpumas pasikeičia (mažėja kylant temperatūrai), susidaro kietos, tankios kalcio sulfato nuosėdos, kurios yra kenksmingesnės.
Tarptautiniu mastu mg/l CaCO₃ (apskaičiuojamas kaip kalcio karbonatas) naudojamas kaip standartizuotas vienetas, kad būtų lengviau apskaičiuoti ir palyginti.
PSO *Geriamojo{0}}vandens kokybės gairės* nenustato privalomos kietumo ribos, tačiau nurodo, kad idealus diapazonas gali būti 60–120 mg/l, ir pabrėžiama korozijos rizika dėl per mažo kietumo (<30 mg/L).
Kinijos *Geriamojo vandens kokybės standartai* numato 450 mg/l kietumo ribą (remiantis jusliniais sumetimais ir vandens {1}naudojimo įranga).
Dauguma Jungtinių Valstijų vandens įmonių rekomenduoja kietumą, mažesnį nei 150-200 mg/l.
Kalcio kietumas ir magnio kietumas
1 mmol/l Ca²⁺ sudaro 100 mg/L kaip CaCO3, o 1 mmol/L Mg²⁺ sudaro 122 mg/l kaip CaCO3. Tai reiškia, kad esant tokiai pačiai masės koncentracijai, magnio jonai prisideda prie didesnio molinio kietumo.
Kalcio karbonato (CaCO₃) nuosėdos yra tankios ir kietos, dažniausiai randamos karšto vandens vamzdžiuose. Magnio hidroksido (Mg(OH)₂) arba magnio silikato nuosėdos yra laisvesnės ir slidesnės, tačiau stabilesnės aukštoje temperatūroje.
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 (apie 41,5 mg/l kaip CaCO₃ magnio kietumas).
Tyrimai rodo, kad vanduo, kurio masės santykis yra artimas 2:1 (Ca:Mg), gali būti naudingesnis žmogaus mineralų apykaitai ir yra artimesnis natūralaus aukštos kokybės mineralinio vandens santykiui.