Ūdens cietība būtībā ir divvērtīgo katjonu (galvenokārt Ca²⁺ un Mg²⁺, kā arī nelielu daudzumu Sr²⁺, Ba²⁺ un Fe²⁺) koncentrācijas mērs.
Ūdens ķīmijā un inženiertehniskajā apstrādē cietību iedala pagaidu cietībā un pastāvīgā cietībā. Pagaidu cietība ir kalcija un magnija jonu koncentrācija, kas saistīti ar bikarbonātiem (HCO₃⁻) un karbonātiem (CO₃²⁻) ūdenī. Tā kā dabiskā ūdens pH parasti ir zem 8,3, tas galvenokārt pastāv bikarbonātu veidā (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO3)₂).
Kad ūdens tiek uzkarsēts līdz 60-70 grādiem, notiek termiskās sadalīšanās reakcija, izgulsnējot karbonātus:
Ca(HCO3)₂ → Δ → CaCO3↓ + CO₂↑ + H2O
Mg(HCO3)₂ → Δ → MgCO3 + CO₂↑ + H2O (starpprodukts, tālāk hidrolizēts līdz Mg(OH)2)
Tā teorētisko maksimālo vērtību ierobežo ūdens kopējā sārmainība (galvenokārt HCO₃⁻). Ja kopējā cietība > kopējā sārmainība, karbonāta cietība=kopējā sārmainība. Tas ir ūdens bilances aprēķinu pamatā.
Pastāvīgā cietība ir sāls, ko veido kalcija, magnija un spēcīgu skābju anjonu, piemēram, sulfāta (SO₄2⁻), hlorīda (Cl⁻) un nitrāta (NO3⁻) (piemēram, CaSO₂, MgCl2) kombinācija.
Šiem sāļiem ir augsta šķīdība (piem., CaSO₄ šķīdība ir aptuveni 2,1 g/l 25 grādu temperatūrā), un pēc vārīšanas tie nerada karbonātu nogulsnes, tāpēc termins "pastāvīgs". Tomēr augstā temperatūrā un spiedienā (piemēram, katlos) to šķīdība mainās (samazinās, paaugstinoties temperatūrai), veidojot cietu, blīvu kalcija sulfāta skalu, kas ir daudz kaitīgāka.
Starptautiski mg/l CaCO₃ (aprēķināts kā kalcija karbonāts) tiek izmantots kā standartizēta vienība, lai atvieglotu aprēķinus un salīdzināšanu.
PVO *Vadlīnijas par dzeramā{0}}ūdens kvalitāti* nenosaka obligātu cietības robežu, taču norāda, ka ideālais diapazons var būt 60–120 mg/l, un uzsver korozijas risku, ko rada pārāk zema cietība (<30 mg/L).
Ķīnas *Dzeramā ūdens kvalitātes standarti* nosaka cietības robežu 450 mg/l (pamatojoties uz sensoriem apsvērumiem un ūdens lietošanas aprīkojumu).
Lielākā daļa ūdens uzņēmumu Amerikas Savienotajās Valstīs iesaka cietību zem 150-200 mg/l.
Kalcija cietība salīdzinājumā ar magnija cietību
1 mmol/L Ca²⁺ veido 100 mg/l kā CaCO₃, savukārt 1 mmol/L Mg²⁺ veido 122 mg/l kā CaCO₃. Tas nozīmē, ka pie tādas pašas masas koncentrācijas magnija joni nodrošina lielāku molāro cietību.
Kalcija karbonāta (CaCO₃) nogulsnes ir blīvas un cietas, parasti atrodamas karstā ūdens caurulēs. Magnija hidroksīda (Mg(OH)₂) vai magnija silikāta nogulsnes ir vaļīgākas un slidenākas, bet stabilākas augstā temperatūrā.
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 (apmēram 41,5 mg/l kā CaCO₃ magnija cietība).
Pētījumi liecina, ka ūdens, kura masas attiecība ir tuvu 2:1 (Ca:Mg), var būt labvēlīgāka cilvēka minerālvielu vielmaiņai un ir tuvāka dabīgā augstas kvalitātes minerālūdens attiecībai.
