У меня есть то, что я называю своим Золотым правилом. Оно звучит примерно так: «Поступай с другими на двадцать пять процентов лучше, чем ты ожидаешь, что они поступят с тобой». … Эти двадцать пять процентов — на случай ошибки.
Линус Карл Полинг был американским химиком, биохимиком, химическим инженером, активистом в движении за мир, автором и педагогом. Он опубликовал более 1200 работ и книг, из которых около 850 посвящены научным вопросам. New Scientist назвал его одним из 20 величайших учёных всех времён, и по состоянию на 2000 год он был оценён как 16-й по важности учёный в истории. За его научную работу Полинг был удостоен Нобелевской премии по химии в 1954 году. За его деятельность в движении за мир ему присуждена Нобелевская премия мира в 1962 году. Он входит в число четырёх человек, получивших более одной Нобелевской премии; другими являются Marie Curie, John Bardeen и Frederick Sanger. Из них он единственный, кому присуждены две независимые Нобелевские премии, и один из двух людей, получивших Нобелевские премии в разных областях — другой — Marie Curie. Он был женат на американской правозащитнице Ava Helen Pauling.
Полинг был одним из основателей областей квантовой химии и молекулярной биологии. Его вклад в теорию химической связи включает концепцию гибридизации орбиталей и первую точную шкалу электроотрицательности элементов. Полинг также работал над структурами биологических молекул и показал важность альфа-спирали и бета-листа во вторичной структуре белков. Подход Полинга объединял методы и результаты рентгеновской кристаллографии, молекулярного моделирования и квантовой химии. Его открытия вдохновили работу James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins и Rosalind Franklin над структурой ДНК, что, в свою очередь, позволило генетикам расшифровать код ДНК всех организмов.
В его более поздние годы он пропагандировал ядерное разоружение, а также ортомолекулярную медицину, мегавитаминную терапию и пищевые добавки. Ни одно из последних не получило широкого признания в научном сообществе.
Ранняя жизнь и образование
Линус Карл Полинг родился 28 февраля 1901 года в Portland, Oregon, первенец Herman Henry William Pauling 1876–1910 и Lucy Isabelle "Belle" Darling 1881–1926. Он был назван "Linus Carl" в честь отца Lucy, Linus, и отца Herman, Carl. Его отец был немцем, а мать была англичанкой.
В 1902 году, после рождения его сестры Pauline, родители Полинга решили переехать из Portland в поисках более доступного и просторного жилья, чем их однокомнатная квартира. Lucy осталась с родителями мужа в Lake Oswego, пока Herman привёл семью в Salem, где он кратко работал продавцом-разъездным агентом компании Skidmore Drug Company. Через год после рождения Lucile в 1904 году Herman Pauling переехал с семьёй в Lake Oswego, где открыл собственную аптеку. Он переехал с семьёй в Condon, Oregon в 1905 году. К 1906 году Herman Pauling страдал от рецидивирующей боли в животе. Он умер от прободной язвы 11 июня 1910 года, оставив Lucy заботиться о Linus, Lucile и Pauline.
Полинг приписывает свой интерес к становлению химиком тому, что он был поражён экспериментами, проводимыми его другом Lloyd A. Jeffress, который имел небольшой набор химической лаборатории. Позже он написал: «Я был просто очарован химическими явлениями, реакциями, в которых вещества с часто совершенно разными свойствами появляются; и я надеялся узнать всё больше и больше об этом аспекте мира».
В средней школе Полинг проводил химические эксперименты, добывая оборудование и материалы с заброшенного сталелитейного завода. Со своим старшим другом Lloyd Simon Полинг создал Palmon Laboratories в подвале Simon. Они предложили местным молочным хозяйствам проводить анализы молочного жира по дешёвым ценам, но молочники не доверяли двум мальчикам, и дело закончилось неудачей.
В возрасте 15 лет старшеклассник накопил достаточно кредитов для поступления в Oregon State University OSU, известный тогда как Oregon Agricultural College. Не имея двух требуемых курсов американской истории для получения аттестата средней школы, Полинг спросил директора школы, может ли он пройти эти курсы параллельно во втором семестре. Ему отказали, и он ушёл из Washington High School в июне без диплома. Школа присудила ему почётный диплом 45 лет спустя, после того как он был удостоен двух Нобелевских премий.
Полинг занимал несколько должностей, чтобы заработать деньги на будущие расходы на обучение в колледже, включая работу неполный рабочий день в продуктовом магазине за 8 долларов в неделю, что эквивалентно 190 долларам в 2019 году. Его мать организовала встречу с владельцем нескольких производственных предприятий в Portland, Mr. Schwietzerhoff, который нанял его подмастерьем-механиком с зарплатой 40 долларов в месяц, что эквивалентно 940 долларам в 2019 году. Вскоре это было повышено до 50 долларов в месяц. Полинг также создал фотолабораторию с двумя друзьями. В сентябре 1917 года Полинг был наконец принят в Oregon State University. Он сразу же ушёл с работы механика и сообщил своей матери, которая не видела смысла в университетском образовании, о своих планах.
Высшее образование
В своем первом семестре Полинг зарегистрировался на два курса по химии, два по математике, начертательную геометрию, введение в горное дело и использование взрывчатых веществ, современную английскую прозу, гимнастику и военную подготовку. Он был активен в студенческой жизни и основал отделение fraternity Delta Upsilon в школе. После второго года обучения он планировал устроиться на работу в Portland, чтобы помочь поддержать свою мать. Колледж предложил ему должность преподавателя количественного анализа, курса, который он только что закончил сам. Он работал сорок часов в неделю в лаборатории и аудитории и получал 100 долларов в месяц, что эквивалентно 1300 долларам в 2019 году, что позволило ему продолжить учёбу.
В последние два года в школе Полинг узнал о работе Gilbert N. Lewis и Irving Langmuir по электронной структуре атомов и их связи при образовании молекул. Он решил сосредоточить свои исследования на том, как физические и химические свойства веществ связаны со структурой составляющих их атомов, став одним из основателей новой науки квантовой химии.
Профессор инженерии Samuel Graf выбрал Полинга в качестве своего ассистента по курсу механики и материалов. Зимой его последнего года обучения Полинг преподавал курс химии для студентов факультета домоводства. Именно на одном из этих занятий Полинг встретил свою будущую жену, Ava Helen Miller.
В 1922 году Полинг окончил Oregon State University, известный тогда как Oregon Agricultural College, со степенью в области химической инженерии. Затем он поступил в аспирантуру в California Institute of Technology Caltech в Pasadena, California под руководством Roscoe Dickinson и Richard Tolman. Его аспирантское исследование включало использование дифракции рентгеновских лучей для определения структуры кристаллов. Он опубликовал семь статей о кристаллической структуре минералов во время обучения в Caltech. Он получил степень PhD в физической химии и математической физике, summa cum laude, в 1925 году.
Карьера
В 1926 году Полинг был награждён стипендией Guggenheim Fellowship для путешествия в Европу и обучения у немецкого физика Arnold Sommerfeld в Munich, датского физика Niels Bohr в Copenhagen и австрийского физика Erwin Schrödinger в Zürich. Все трое были экспертами в новой области квантовой механики и других разделах физики. Полинг заинтересовался тем, как квантовая механика может быть применена в выбранной им области интереса — электронной структуре атомов и молекул. В Zürich Полинг также познакомился с одним из первых квантово-механических анализов связи в молекуле водорода, проведённым Walter Heitler и Fritz London. Полинг посвятил два года своей европейской поездки этой работе и решил сделать её центром своих будущих исследований. Он стал одним из первых учёных в области квантовой химии и пионером в применении квантовой теории к структуре молекул.
В 1927 году Полинг занял новую должность доцента по теоретической химии в Caltech. Он начал карьеру на факультете с очень продуктивными пятью годами, продолжая свои исследования кристаллов с использованием рентгеновских лучей и также проводя квантово-механические вычисления на атомах и молекулах. Он опубликовал примерно пятьдесят работ в течение этих пяти лет и создал пять правил, известных теперь как правила Полинга. К 1929 году он был повышен до доцента, а к 1930 году до профессора. В 1931 году Американское химическое общество присудило Полингу премию Langmuir Prize за наиболее значительную работу в чистой науке человеком в возрасте 30 лет или моложе. В следующем году Полинг опубликовал то, что он считал своей наиболее важной работой, в которой он впервые изложил концепцию гибридизации атомных орбиталей и проанализировал четырёхвалентность атома углерода.
В Caltech Полинг подружился с теоретическим физиком Robert Oppenheimer, который ежегодно проводил часть своего научного и преподавательского расписания отдельно от U.C. Berkeley в Caltech. Полинг также был связан с UC Berkeley в качестве приглашённого лектора по физике и химии с 1929 по 1934 год. Oppenheimer даже подарил Полингу потрясающую личную коллекцию минералов. Два мужчины планировали совместно атаковать природу химической связи: очевидно, Oppenheimer предоставил бы математику, а Полинг интерпретировал бы результаты. Их отношения испортились, когда Oppenheimer попытался соблазнить жену Полинга, Ava Helen. Когда Полинг был на работе, Oppenheimer пришёл к их дому и вдруг пригласил Ava Helen присоединиться к нему на тайное свидание в Mexico. Она категорически отказалась и рассказала об инциденте Полингу. Он сразу же прервал свои отношения с Oppenheimer.
Летом 1930 года Полинг совершил ещё одну европейскую поездку, во время которой узнал о газофазной электронной дифракции от Herman Francis Mark. По возвращении он построил прибор электронной дифракции в Caltech со своим студентом Lawrence Olin Brockway и использовал его для изучения молекулярной структуры большого количества химических веществ.
Полинг ввёл концепцию электроотрицательности в 1932 году. Используя различные свойства молекул, такие как энергия, необходимая для разрыва связей, и дипольные моменты молекул, он установил шкалу и связанное с ней числовое значение для большинства элементов — Шкалу электроотрицательности Полинга — которая полезна при прогнозировании характера связей между атомами в молекулах.
В 1936 году Полинг был повышен на должность председателя Отдела химии и химической инженерии в Caltech и на должность директора лабораторий Gates и Crellin по химии. Он занимал обе должности до 1958 года. Полинг также провёл год в 1948 году в University of Oxford в качестве George Eastman Visiting Professor и Fellow of Balliol.
Природа химической связи
В конце 1920-х годов Полинг начал публиковать работы о природе химической связи. С 1937 по 1938 год он занял должность George Fischer Baker Non-Resident Lecturer in Chemistry в Cornell University. Находясь в Cornell, он прочитал серию из девятнадцати лекций и завершил основную часть своего знаменитого учебника "The Nature of the Chemical Bond". Preface Именно на основе его работы в этой области он получил Нобелевскую премию по химии в 1954 году «за его исследования природы химической связи и её применение к выяснению структуры сложных веществ». Книга Полинга была названа «самой влиятельной химической книгой этого века и его эффективной библией». В течение 30 лет после выхода первого издания в 1939 году эта книга была процитирована более 16 000 раз. Даже сегодня многие современные научные работы и статьи в важных журналах ссылаются на эту работу более чем через семьдесят лет после первой публикации.
Часть работы Полинга о природе химической связи привела к его введению концепции гибридизации орбиталей. Хотя обычно думать об электронах в атоме как описываемых орбиталями типов s и p, оказывается, что при описании связей в молекулах лучше построить функции, которые имеют некоторые свойства каждого. Таким образом, одна 2s и три 2p орбитали в атоме углерода могут быть математически «смешаны» или объединены, чтобы сделать четыре эквивалентных орбитали, называемые sp3 гибридными орбиталями, которые будут соответствующими орбиталями для описания соединений углерода, таких как метан, или орбиталь 2s может быть объединена с двумя орбиталями 2p, чтобы сделать три эквивалентных орбитали, называемые sp2 гибридными орбиталями, с оставшейся негибридизированной орбиталью 2p, которые будут соответствующими орбиталями для описания некоторых ненасыщенных соединений углерода, таких как этилен. Другие схемы гибридизации также обнаруживаются в молекулах других типов. Другой областью, которую он исследовал, была связь между ионной связью, где электроны передаются между атомами, и ковалентной связью, где электроны делятся между атомами поровну
