Ich habe etwas, das ich meine Goldene Regel nenne. Sie lautet ungefähr so: „Behandle andere fünfundzwanzig Prozent besser, als du erwartest, dass sie dich behandeln." … Die fünfundzwanzig Prozent sind für Fehler.
Linus Carl Pauling war ein amerikanischer Chemiker, Biochemiker, Chemieingenieur, Friedensaktivist, Autor und Pädagoge. Er veröffentlichte mehr als 1.200 Arbeiten und Bücher, von denen etwa 850 wissenschaftliche Themen behandelten. New Scientist nannte ihn einen der 20 größten Wissenschaftler aller Zeiten, und im Jahr 2000 wurde er als der 16. wichtigste Wissenschaftler in der Geschichte bewertet. Für seine wissenschaftliche Arbeit erhielt Pauling 1954 den Nobelpreis für Chemie. Für seinen Friedensaktivismus erhielt er 1962 den Friedensnobelpreis. Er ist einer von vier Personen, die mehr als einen Nobelpreis gewonnen haben; die anderen sind Marie Curie, John Bardeen und Frederick Sanger. Von diesen ist er die einzige Person, der zwei ungeteilte Nobelpreise verliehen wurden, und eine von zwei Personen, denen Nobelpreise in verschiedenen Bereichen verliehen wurden, die andere ist Marie Curie. Er war mit der amerikanischen Menschenrechtsaktivistin Ava Helen Pauling verheiratet.
Pauling war einer der Gründer der Felder der Quantenchemie und Molekularbiologie. Seine Beiträge zur Theorie der chemischen Bindung umfassen das Konzept der Orbitalhybridisierung und die erste genaue Skala der Elektronegativitäten der Elemente. Pauling arbeitete auch an den Strukturen biologischer Moleküle und zeigte die Bedeutung der Alpha-Helix und des Beta-Sheets in der Sekundärstruktur von Proteinen. Paulings Ansatz kombinierte Methoden und Ergebnisse aus Röntgenkristallographie, Molekülmodellierung und Quantenchemie. Seine Entdeckungen inspirierte die Arbeit von James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins und Rosalind Franklin an der Struktur der DNA, was es Genetikern wiederum ermöglichte, den DNA-Code aller Organismen zu entschlüsseln.
In seinen späteren Jahren setzte er sich für Abrüstung von Atomwaffen ein sowie für orthomolekulare Medizin, Megavitamintherapie und Nahrungsergänzungsmittel. Keine der letzteren haben viel Akzeptanz in der mainstream-wissenschaftlichen Gemeinschaft gefunden.
Frühen Jahre und Ausbildung
Linus Carl Pauling wurde am 28. Februar 1901 in Portland, Oregon, als erstes Kind von Herman Henry William Pauling 1876–1910 und Lucy Isabelle „Belle" Darling 1881–1926 geboren. Er wurde „Linus Carl" benannt, zu Ehren von Lucys Vater Linus und Hermans Vater Carl. Sein Vater war Deutscher, während seine Mutter Engländerin war.
1902, nach der Geburt seiner Schwester Pauline, beschlossen Paulings Eltern, Portland zu verlassen, um günstigere und geräumigere Wohnverhältnisse zu finden als ihre Ein-Zimmer-Wohnung. Lucy blieb bei den Eltern ihres Mannes in Lake Oswego, bis Herman die Familie nach Salem brachte, wo er kurzzeitig als Handelsvertreter für die Skidmore Drug Company arbeitete. Innerhalb eines Jahres nach Luciles Geburt 1904 zog Herman Pauling seine Familie nach Lake Oswego, wo er sein eigenes Drugstore eröffnete. Er zog seine Familie 1905 nach Condon, Oregon. Bis 1906 litt Herman Pauling unter wiederkehrenden Bauchschmerzen. Er starb an einem perforierten Magengeschwür am 11. Juni 1910 und ließ Lucy sich um Linus, Lucile und Pauline kümmern.
Pauling schreibt sein Interesse, Chemiker zu werden, der Bewunderung von Experimenten zu, die von einem Freund, Lloyd A. Jeffress, durchgeführt wurden, der ein kleines Chemie-Experimentierset hatte. Er schrieb später: „Ich war einfach hingerissen von chemischen Phänomenen, von den Reaktionen, in denen Stoffe mit oft auffallend unterschiedlichen Eigenschaften entstehen; und ich hoffte, mehr und mehr über diesen Aspekt der Welt zu erfahren."
In der High School führte Pauling Chemieexperimente durch, indem er Ausrüstung und Material aus einem aufgegebenen Stahlwerk zusammentrug. Mit einem älteren Freund, Lloyd Simon, richtete Pauling Palmon Laboratories im Keller von Simons Haus ein. Sie näherten sich lokalen Molkereien an und boten an, Butterfettproben zu günstigen Preisen durchzuführen, aber Molkerei-Besitzer waren misstrauisch gegenüber der Vertrauenswürdigkeit zweier Jungen für die Aufgabe, und das Geschäft endete in Misserfolg.
Mit 15 Jahren hatte der High-School-Senior genug Kredite, um die Oregon State University OSU zu besuchen, die damals als Oregon Agricultural College bekannt war. Da ihm zwei erforderliche American-History-Kurse für sein High-School-Diplom fehlten, fragte Pauling den Schuldirektor, ob er die Kurse im Frühlingssemester gleichzeitig absolvieren könnte. Dies wurde abgelehnt, und er verließ Washington High School im Juni ohne Diplom. Die Schule verlieh ihm 45 Jahre später ein Ehrendiplom, nachdem ihm zwei Nobelpreise verliehen worden waren.
Pauling hatte eine Reihe von Arbeiten, um Geld für seine zukünftigen Collegeausgaben zu verdienen, einschließlich Teilzeitarbeit in einem Lebensmittelgeschäft für 8 Dollar pro Woche, was 2019 190 Dollar entspricht. Seine Mutter arrangierte ein Vorstellungsgespräch mit dem Besitzer mehrerer Produktionsstätten in Portland, Mr. Schwietzerhoff, der ihn als Lehrling-Mechaniker mit einem Gehalt von 40 Dollar pro Monat einstellte, was 2019 940 Dollar entspricht. Dies wurde bald auf 50 Dollar pro Monat erhöht. Pauling richtete auch ein Fotolabor mit zwei Freunden ein. Im September 1917 wurde Pauling endlich von der Oregon State University zugelassen. Er kündigte sofort die Stelle als Mechaniker und informierte seine Mutter, die keinen Sinn in einer Hochschulausbildung sah, über seine Pläne.
Hochschulausbildung
Im ersten Semester meldete sich Pauling für zwei Chemienkurse, zwei in Mathematik, technisches Zeichnen, Einführung in den Bergbau und Verwendung von Sprengstoffen, modernes englisches Schreiben, Gymnastik und Drillunterricht an. Er war aktiv im Campus-Leben und gründete die Filiale seiner Schule der Delta Upsilon-Studentenverbindung. Nach seinem zweiten Jahr plante er, eine Stelle in Portland anzunehmen, um seine Mutter zu unterstützen. Das College bot ihm eine Stelle als Lehrer für quantitative Analyse an, ein Kurs, den er gerade selbst beendet hatte. Er arbeitete vierzig Stunden pro Woche im Labor und im Klassenzimmer und verdiente 100 Dollar pro Monat, was 2019 1.300 Dollar entspricht, was es ihm ermöglichte, seine Studien fortzusetzen.
In seinen letzten zwei Schuljahren wurde sich Pauling der Arbeit von Gilbert N. Lewis und Irving Langmuir zur elektronischen Struktur von Atomen und ihrer Bindung zur Bildung von Molekülen bewusst. Er beschloss, seine Forschung darauf zu konzentrieren, wie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen mit der Struktur der Atome zusammenhängen, aus denen sie zusammengesetzt sind, und wurde einer der Gründer der neuen Wissenschaft der Quantenchemie.
Ingenieurprofessor Samuel Graf wählte Pauling als seinen Lehrassistenten in einem Mechanik- und Materialwissenschaftskurs. Während des Winters seines letzten Jahres unterrichtete Pauling einen Chemienkurs für Hauswirtschafts-Hauptfächer. Es war in einer dieser Klassen, dass Pauling seine zukünftige Frau, Ava Helen Miller, kennenlernte.
1922 graduierte Pauling von der Oregon State University, die damals als Oregon Agricultural College bekannt war, mit einem Abschluss in Chemieingenieurwesen. Er ging weiter zur Graduiertenschule am California Institute of Technology Caltech in Pasadena, Kalifornien, unter der Anleitung von Roscoe Dickinson und Richard Tolman. Seine Graduiertenforschung umfasste die Verwendung von Röntgenbeugung zur Bestimmung der Kristallstruktur. Er veröffentlichte sieben Arbeiten über die Kristallstruktur von Mineralien während seines Aufenthalts am Caltech. Er erhielt seinen PhD in physikalischer Chemie und mathematischer Physik, summa cum laude, 1925.
Karriere
1926 erhielt Pauling ein Guggenheim-Stipendium, um nach Europa zu reisen, um unter dem deutschen Physiker Arnold Sommerfeld in München, dem dänischen Physiker Niels Bohr in Kopenhagen und dem österreichischen Physiker Erwin Schrödinger in Zürich zu studieren. Alle drei waren Experten auf dem neuen Gebiet der Quantenmechanik und anderen Bereichen der Physik. Pauling interessierte sich dafür, wie Quantenmechanik auf sein gewähltes Interessensgebiet, die elektronische Struktur von Atomen und Molekülen, angewendet werden könnte. In Zürich war Pauling auch einer der ersten quantenmechanischen Analysen der Bindung im Wasserstoffmolekül ausgesetzt, die von Walter Heitler und Fritz London durchgeführt wurde. Pauling widmete die zwei Jahre seiner Europareise dieser Arbeit und beschloss, sie zum Fokus seiner zukünftigen Forschung zu machen. Er wurde einer der ersten Wissenschaftler auf dem Gebiet der Quantenchemie und ein Pionier in der Anwendung der Quantentheorie auf die Struktur von Molekülen.
1927 nahm Pauling eine neue Stelle als Assistenzprofessor für theoretische Chemie am Caltech an. Er startete seine akademische Karriere mit fünf sehr produktiven Jahren, wobei er seine Röntgenkristallstudien fortsetzte und auch quantenmechanische Berechnungen an Atomen und Molekülen durchführte. Er veröffentlichte in diesen fünf Jahren ungefähr fünfzig Arbeiten und schuf die fünf Regeln, die heute als Paulings Regeln bekannt sind. Bis 1929 wurde er zum außerordentlichen Professor und bis 1930 zum ordentlichen Professor befördert. 1931 verlieh die American Chemical Society Pauling den Langmuir-Preis für die bedeutendste Arbeit in der reinen Wissenschaft durch eine Person im Alter von 30 Jahren oder jünger. Im folgenden Jahr veröffentlichte Pauling das Papier, das er als seine wichtigste Arbeit betrachtete, in dem er zunächst das Konzept der Hybridisierung von Atomorbitalien darlegte und die Tetravalenz des Kohlenstoffatoms analysierte.
Am Caltech knüpfte Pauling eine enge Freundschaft mit dem theoretischen Physiker Robert Oppenheimer, der jedes Jahr einen Teil seines Forschungs- und Lehrplans weg von der UC Berkeley am Caltech verbrachte. Pauling war auch von 1929 bis 1934 als Visiting Lecturer in Physics and Chemistry mit UC Berkeley verbunden. Oppenheimer schenkte Pauling sogar eine atemberaubende persönliche Mineraliensammlung. Die beiden Männer planten einen gemeinsamen Angriff auf die Natur der chemischen Bindung: Anscheinend würde Oppenheimer die Mathematik liefern und Pauling würde die Ergebnisse interpretieren. Ihre Beziehung verschlechterte sich, als Oppenheimer versuchte, Paulings Frau Ava Helen zu verführen. Als Pauling bei der Arbeit war, kam Oppenheimer zu ihrem Zuhause und platzte eine Einladung für Ava Helen heraus, ihn auf einen Tryst in Mexiko zu begleiten. Sie lehnte flach ab und meldete den Vorfall Pauling. Er unterbrach sofort seine Beziehung zu Oppenheimer.
Im Sommer 1930 unternahm Pauling eine weitere Europareise, während der er von Herman Francis Mark über Gauphasen-Elektronenbeugung erfuhr. Nach seiner Rückkehr baute er mit einem seiner Studenten, Lawrence Olin Brockway, ein Elektronenbeugungsinstrument am Caltech auf und nutzte es, um die Molekularstruktur einer großen Anzahl von Chemikalien zu untersuchen.
Pauling führte 1932 das Konzept der Elektronegativität ein. Unter Verwendung verschiedener Moleküleigenschaften, wie der für das Brechen von Bindungen erforderlichen Energie und der Dipolmomente von Molekülen, stellte er eine Skala und einen entsprechenden Zahlenwert für die meisten Elemente auf – die Pauling-Elektronegativitätsskala – die nützlich ist, um die Art der Bindungen zwischen Atomen in Molekülen vorherzusagen.
1936 wurde Pauling zum Vorsitzenden der Abteilung für Chemie und Chemieingenieurwesen am Caltech befördert und zur Stelle des Direktors der Gates and Crellin Laboratories of Chemistry ernannt. Er würde beide Positionen bis 1958 innehaben. Pauling verbrachte auch ein Jahr 1948 in der Universität von Oxford als George Eastman Visiting Professor und Fellow von Balliol.
Natur der chemischen Bindung
Ende der 1920er Jahre begann Pauling, Arbeiten zur Natur der chemischen Bindung zu veröffentlichen. Zwischen 1937 und 1938 nahm er eine Stelle als George Fischer Baker Non-Resident Lecturer in Chemistry an der Cornell University an. Während seines Aufenthalts in Cornell hielt er eine Serie von neunzehn Vorlesungen und vollendete den Großteil seines berühmten Lehrbuchs The Nature of the Chemical Bond. Vorwort Es basiert hauptsächlich auf seiner Arbeit in diesem Bereich, dass er 1954 den Nobelpreis für Chemie erhielt „für seine Forschung in der Natur der chemischen Bindung und ihre Anwendung zur Aufklärung der Struktur komplexer Substanzen". Paulings Buch wurde als „Chemiebuch des einflussreichsten Buches dieses Jahrhunderts und dessen effektive Bibel" angesehen. In den 30 Jahren nach der ersten Veröffentlichung 1939 wurde das Buch mehr als 16.000-mal zitiert. Auch heute noch zitieren viele moderne wissenschaftliche Arbeiten und Artikel in wichtigen Zeitschriften dieses Werk, mehr als siebzig Jahre nach der ersten Veröffentlichung.
Ein Teil von Paulings Arbeit zur Natur der chemischen Bindung führte zu seiner Einführung des Konzepts der Orbitalhybridisierung. Während es normal ist, sich die Elektronen in einem Atom als durch Orbitale von Typen wie s und p beschrieben vorzustellen, stellt sich heraus, dass bei der Beschreibung der Bindung in Molekülen besser Funktionen konstruiert werden, die einige der Eigenschaften jedes einzelnen haben. Somit können die 2s und drei 2p Orbitale in einem Kohlenstoffatom mathematisch „gemischt" oder kombiniert werden, um vier äquivalente Orbitale namens sp3 Hybrid-Orbitale zu machen, die die angemessenen Orbitale wären, um Kohlenstoffverbindungen wie Methan zu beschreiben, oder das 2s Orbital kann mit zwei der 2p Orbitale kombiniert werden, um drei äquivalente Orbitale namens sp2 Hybrid-Orbitale zu machen, mit dem verbleibenden 2p Orbital unhybridisiert, was die angemessenen Orbitale wären, um bestimmte ungesättigte Kohlenstoffverbindungen wie Ethylen zu beschreiben. Andere Hybridisierungsschemata werden auch in anderen Arten von Molekülen gefunden. Ein weiterer Bereich, den er erkundete, war die Beziehung zwischen ionischen Bindungen, bei denen Elektronen zwischen Atomen übertragen werden, und kovalenten Bindungen, bei denen Elektronen zwischen Atomen gleichberechtigt sind
