Il carbonato di calcio o calce è un composto ionico presente in natura in varie forme. Le montagne, le barriere coralline e le grotte di stalattiti sono in gran parte costituite da calcare, una sostanza formatasi attraverso una serie di reazioni chimiche nel corso della storia della Terra. Il marmo e il gesso sono entrambi forme speciali di carbonato di calcio.

Il carbonato di calcio è un composto chimico di calcio, carbonio e ossigeno con formula chimica CaCO3. Come sale di calcio dell'acido carbonico, appartiene al gruppo delle sostanze carbonate. È un solido cristallino incolore la cui struttura cristallina è costituita dagli ioni Ca2+ e CO32- in rapporto 1:1.

Le fonti più importanti di questa sostanza sono le conchiglie e il calcare (CaCO3). Esistono anche altri minerali che contengono questo composto chimico, come il gesso, il marmo e molti altri.

Il carbonato di calcio è uno dei composti più diffusi sulla terra, soprattutto sotto forma di roccia sedimentaria. Si presenta principalmente sotto forma del minerale calcite (calcite, double spar), che è uno dei minerali più comuni della crosta terrestre. Non solo è il minerale predominante nel calcare massiccio, ma in combinazione con quarzo, barite e fluorite è anche la roccia di partenza di molte vene minerarie. Può anche essere l'unico componente di vene il cui spessore varia da pochi centimetri a diverse decine di metri. Altre modificazioni del carbonato di calcio sono i minerali aragonite e vaterite. Il nome aragonite deriva dalla presenza più importante del minerale in Aragona. La sua presenza è più frequente in prossimità dell'acqua di mare. Il motivo è il magnesio contenuto nell'acqua di mare, che favorisce la formazione di aragonite rispetto alla calcite. Insieme alla calcite, l'aragonite è il biominerale più comune. È la componente inorganica della madreperla nelle conchiglie, si trova spesso nelle perle e si trova anche nelle cozze.

L'ikaite è l'idrato del carbonato di calcio ed è stata scoperta per la prima volta in natura nel 1963 sotto forma di colonne alte fino a 20 metri nell'Ikkafjord in Groenlandia. Il luogo di ritrovamento ha dato anche il nome al minerale. Il minerale è instabile a pressione atmosferica al di sopra di 0 °C e si trasforma in calcite al di sopra di questa temperatura. La sua formazione è favorita dal magnesio (abbondante nell'acqua di mare) e da altri additivi.

L'ikaite si presenta come cristalli prismatici, ma anche come masse fibrose o stalattiti. Ha una densità di 3,39 g/cm3 e una durezza di 2,5 sulla scala Mohs. È da trasparente a traslucida, con un colore bianco e una lucentezza vitrea.

Esistono anche altri due minerali pseudopolimorfi, la monoidrocalcite e l'ikaite, che sono idrati di carbonato di calcio. La monoidrocalcite, instabile, è il monoidrato del carbonato di calcio. La prima presenza naturale di monoidrocalcite è stata descritta nel 1959 e nel 1964 come sedimento impuro nel lago Issyk-Kul in Kirghizistan. Negli organismi viventi si trova nei calcoli vescicali delle cavie e nei calcoli auricolari di alcuni vertebrati.

Il carbonato di calcio è un minerale presente in molti luoghi della Terra. È il componente principale del calcare sedimentario, del marmo metamorfico e di altre rocce sedimentarie come l'oolite o la stromatolite. Nella natura vivente si trova nell'esoscheletro di crostacei, coralli, cozze, lumache e protozoi. In alcuni di essi è presente anche in una delle varie fasi note di carbonato di calcio amorfo (ACC).

I primi calcari di dimensioni significative sono stati formati da stromatoliti più di due miliardi di anni fa.

Il carbonato di calcio è molto diffuso nel suolo. I minerali di calcio più importanti nei nostri terreni sono la calcite e la dolomite [CaMg(CO3)2]. Vengono rilasciati nel suolo quando le rocce carbonatiche o la marna si deteriorano.

Contrariamente a quanto si crede, le ossa e i denti dei vertebrati non contengono carbonato di calcio, ma piuttosto sostanze contenenti calcio come l'idrossiapatite (nelle ossa) e la fluoroapatite nei denti. Tuttavia, il carbonato di calcio si trova, ad esempio, nelle piante. I peli delle foglie del corniolo rosso sono rivestiti di carbonato di calcio.