Dans certaines conditions de pression et de température, il existe une réaction entre le dioxyde de carbone CO₂ et l'eau.

La flèche double indique que cette réaction peut aller dans les deux sens - tout dépend du pH de la solution. Ce qui est intéressant est lorsque des ions calcium Ca²⁺ ou magnésium Mg²⁺ sont présents. Par exemple, si on ajoute du Ca(OH)₂, une base forte:

Le CaCO₃, ou carbonate de calcium, est très peu soluble dans l'eau: 0,013 grammes par litre d'eau. En fait, c'est un des composants du calcaire. Donc, si on pouvait verser une quantité suffisante de Ca(OH)₂ dans la mer, on résoudrait le problème du réchauffement climatique d'un coup: tout le dioxyde de carbone absorbé par l'eau serait piégé dans des carbonates. Le problème est que l'hydroxyde de calcium est obtenu justement en chauffant des carbonates, produisant du CO₂...

Les ions carbonates se forment donc lorsque l'eau et le CO₂ sont présents. L'acide carbonique produit étant très instable, on ne détecte rien de particulier lorsqu'on boit de l'eau qui en contient. Or, si l'eau contient aussi des ions Ca²⁺ ou Mg²⁺, une réaction de précipitation peut se produire.

Supposons que nous versions une eau riche en ions calcium et carbonates sur une surface. Sous l'action de la chaleur ambiante, cette eau va s'évaporer. A mesure qu'elle s'évapore, le volume d'eau se réduit, et la concentration en carbonate de calcium augmente - on peut le deviner en regardant l'expression pour la concentration massique:

A un moment donné, cette concentration dépasse la solubilité du carbonate de calcium, et un précipité apparaît. Laissons toute l'eau s'évaporer, et nous obtenons une couche de carbonate de calcium: c'est le tartre qui salit les toilettes, ruine les résistances de machine à laver, et provoque l'apparition de tâches sur les feuilles d'impression offset.

Le problème de la présence d'ions calcium ou magnésium dans l'eau est tellement important qu'on lui a donné un nom: la dureté de l'eau. Une eau dure contient beaucoup de ces ions; une eau peu dure en contient peu.

On a même crée une quantité et son unité: le titre hydrotimétrique TH et son unité: le degré hydrotimétrique °fH.

Traduit en français, le titre hydrotimétrique est la somme des concentrations en ions magnésium et calcium multipliée par dix milles.

La dureté de l'eau courante dépend de la région dans laquelle on se trouve. Si il y a beaucoup de calcaire, beaucoup de ces ions se retrouvent dissous dans l'eau. La carte suivante, provenant de Wikipédia, indique le degré hydrotimétrique dans différentes régions de France.

Pour traiter une eau dure et la rendre douce, il y a deux possibilités:

• retirer les ions carbonates par précipitation

On peut forcer une réaction de précipitation en ajoutant de l'hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ à l'eau à traiter - comme on l'a fait dans notre exemple du puits à carbone. L'eau filtrée après cette réaction aura peu de carbonates et, si on a mesuré le titre avec précision et mis la bonne quantité, peu d'ions calcium. Le désavantage est économique: à l'échelle d'une ville, ça fait beaucoup d'eau à traiter et à filtrer tous les jours

• rendre l'eau légèrement acide

Une réaction amusante existe entre les carbonates et l'acide (par exemple, l'acide chlorhydrique). J'y ai ajouté les états des différents composés pour clarifier ce qui se passe:

Note: (aq) veut dire dissous ou  en solution.

Dans les produits, on voit du CO₂ sous forme de gaz (g). En termes concrets, cette réaction fait des bulles. Donc, en ajoutant un peu d'acide chlorhydrique, on se débarrasse des ions carbonates mais pas des ions calciums: ils sont toujours là, associé à du chlore dans le chlorure de calcium CaCl₂. L'inconvénient est que les ions calcium (et magnésium) sont toujours présents, et que l'eau dure reste dure.

On peut faire un test qu'on a déjà fait pour déterminer quelle solution a été choisie par sa ville: le nitrate d'argent. Si l'eau contient des ions de chlore provenant de l'acide chlorhydrique, l'ajout de nitrate d'argent provoque l'apparition d'un précipité blanc qui noircit à la lumière. A Angoulême, ville dans une région très calcaire, le résultat est sans appel.