在多数情况下水垢的出现和水中存在以碳酸盐水合物方式存在的钙镁盐有关。钙Ca是一种白色柔软金属，纯净的钙在自然界中是不存在的，因为它会和空气中的氧发生反应。钙和氧之间的化学反应可以用下面的化学方程式表示：
2Ca + O2 → 2CaO
物质符号前面的数字2表示在参与反应的分子数。
由钙和氧生成氧化钙，由于氧化钙会和水发生反应，在自然界中这种物质也不会遇到：
CaO + H2O → Ca(OH) 2
得到氢氧化钙。从公式可以看出氢氧化物由一个钙原子和两个烃基组成。自然界中遇不到氢氧化钙是应为空气中含有二氧化碳气体。二氧化碳很好地溶于水中，形成碳酸：
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
符号⇌说明在同样的条件下，反应是双向进行的。接下来，水中溶解的碳酸氢钙和碳酸发生反应，变成溶解性差的碳酸钙：
Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3↓ + 2H2O
向下的箭头表示反应的结果物质发生沉淀。接下来当碳酸钙和水中的二氧化碳接触时，发生可逆反应生成酸盐——碳酸氢钙，它在水中的溶解性特别好。
CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2
反应是可逆的，过程可以双向进行。这样，在温度升高的时候碳酸氢钙分解为碳酸钙CaCO3（变成石灰）、二氧化碳和水。
这两个过程那个占主导地位——取决于“石灰-碳酸”的平衡。如果CO2过剩——石灰溶解，相反——同理。这些变化还取决于压力、温度和其它物理参数的变化。
只有自然水源永远存在的碳酸钙能在锅炉和管道的热交换表面形成晶体沉积。
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