我有一条我称之为黄金法则的东西。它大致是这样的:"待人处事要比你期望别人对待你好百分之二十五。"……这百分之二十五是为了容错。
Linus Carl Pauling是一位美国化学家、生物化学家、化学工程师、和平活动家、作家和教育家。他出版了1200多篇论文和著作,其中约850篇涉及科学主题。《新科学家》杂志称他为有史以来最伟大的20位科学家之一,截至2000年,他被评为历史上最重要的第16位科学家。因其科学成就,Pauling在1954年获得了诺贝尔化学奖。因其和平活动,他在1962年获得了诺贝尔和平奖。他是四位获得多个诺贝尔奖的个人之一,其他三位是Marie Curie、John Bardeen和Frederick Sanger。在这些人中,他是唯一获得两项独立诺贝尔奖的人,也是仅有的两位在不同领域获得诺贝尔奖的人之一,另一位是Marie Curie。他与美国人权活动家Ava Helen Pauling结婚。
Pauling是量子化学和分子生物学领域的奠基人之一。他对化学键理论的贡献包括轨道杂化的概念和元素电负性的第一个精确标度。Pauling还研究了生物分子的结构,揭示了α螺旋和β折叠在蛋白质二级结构中的重要性。Pauling的方法结合了X射线晶体学、分子模型构建和量子化学的方法和结果。他的发现激发了James Watson、Francis Crick、Maurice Wilkins和Rosalind Franklin关于DNA结构的工作,这反过来又使遗传学家能够破译所有生物的DNA密码。
在他晚年,他倡导核裁军,以及正分子医学、大剂量维生素疗法和膳食补充剂。这些后来的倡议在主流科学界获得的认可并不多。
早年生活与教育
Linus Carl Pauling于1901年2月28日出生在俄勒冈州Portland,是Herman Henry William Pauling(1876-1910)和Lucy Isabelle "Belle" Darling(1881-1926)的长子。他被取名为"Linus Carl",以纪念Lucy的父亲Linus和Herman的父亲Carl。他的父亲是德国人,他的母亲是英国人。
1902年,在他的妹妹Pauline出生后,Pauling的父母决定迁出Portland,寻找比他们单间公寓更经济实惠和宽敞的住所。Lucy与她丈夫的父母一起住在Lake Oswego,直到Herman把全家带到Salem,他在那里短暂地担任Skidmore Drug Company的旅行推销员。在1904年Lucile出生一年内,Herman Pauling把全家搬到Lake Oswego,在那里开设了自己的药店。他在1905年把全家搬到俄勒冈州的Condon。到1906年,Herman Pauling开始经历反复的腹痛。他于1910年6月11日死于穿孔性溃疡,留下Lucy照顾Linus、Lucile和Pauline。
Pauling将他对成为化学家的兴趣归因于朋友Lloyd A. Jeffress进行的实验,这位朋友有一个小型化学实验室工具包。他后来写道:"我被化学现象、那些物质的反应所完全迷住了,常常具有显著不同的性质;我希望对世界的这一方面了解得越来越多。"

在高中,Pauling通过从一个废弃的钢铁厂回收设备和材料来进行化学实验。与一位名叫Lloyd Simon的年长朋友一起,Pauling在Simon的地下室建立了Palmon实验室。他们接触当地奶牛场,提议以低廉价格进行乳脂采样,但奶农们不放心把这项任务交给两个男孩,业务以失败告终。
15岁时,这位高中高年级学生已经积累了足够的学分进入Oregon State University(OSU),当时称为Oregon Agricultural College。由于缺少高中文凭所需的两门美国历史课程,Pauling请求学校校长是否可以在春季学期同时修读这两门课程。被拒绝后,他在6月离开了Washington High School,没有获得文凭。45年后,在他获得两个诺贝尔奖后,学校授予他荣誉文凭。
Pauling做过多个工作来赚取大学费用,包括在杂货店兼职工作,周薪8美元(相当于2019年的190美元)。他的母亲为他安排了与Portland多家制造厂老板Mr. Schwietzerhoff的面试,后者聘用他为学徒机械师,月薪40美元(相当于2019年的940美元)。不久加薪至每月50美元。Pauling还与两位朋友建立了摄影实验室。1917年9月,Pauling最终被Oregon State University录取。他立即辞去了机械师的工作,并告知他的母亲关于他的计划,他的母亲对大学教育没有看到任何意义。
高等教育
在他的第一个学期,Pauling注册了两门化学课程、两门数学课程、机械制图、采矿概论及炸药使用、现代英文散文、体育和军事训练。他积极参与校园生活,并创立了学校的Delta Upsilon兄弟会分会。在第二学年之后,他计划在Portland找工作来帮助支持他的母亲。学院给他提供了一个教定量分析的职位,这是他刚刚学完的课程。他在实验室和教室每周工作40小时,月收入100美元(相当于2019年的1300美元),使他能够继续他的学业。
在学校的最后两年,Pauling了解到Gilbert N. Lewis和Irving Langmuir关于原子电子结构及其形成分子键合的工作。他决定将研究重点放在物质的物理和化学性质如何与其所由原子的结构相关上,成为新科学量子化学的奠基人之一。

工程学教授Samuel Graf选中Pauling担任力学和材料课程的教学助理。在他大四的冬季,Pauling为家政专业学生教授化学课程。正是在这些班级之一中,Pauling遇到了他未来的妻子Ava Helen Miller。
1922年,Pauling从Oregon State University(当时称为Oregon Agricultural College)毕业,获得化学工程学位。他继续在加州理工学院(Caltech)位于加州Pasadena的研究生院深造,导师是Roscoe Dickinson和Richard Tolman。他的研究生研究涉及使用X射线衍射确定晶体的结构。在Caltech期间,他发表了七篇关于矿物晶体结构的论文。他于1925年以最高荣誉获得物理化学和数学物理博士学位。
职业生涯
1926年,Pauling获得了古根海姆奖学金前往欧洲,在Munich的德国物理学家Arnold Sommerfeld、Copenhagen的丹麦物理学家Niels Bohr和Zürich的奥地利物理学家Erwin Schrödinger指导下学习。这三人都是新兴的量子力学领域和物理学其他分支的专家。Pauling开始对量子力学如何应用于他选择的兴趣领域——原子和分子的电子结构——感到兴趣。在Zürich,Pauling还接触到了由Walter Heitler和Fritz London进行的关于氢分子键合的最早的量子力学分析之一。Pauling用他欧洲之行的两年时间致力于这项工作,并决定将其作为他未来研究的重点。他成为量子化学领域的先驱科学家之一,也是量子理论应用于分子结构的先驱。
1927年,Pauling在Caltech担任理论化学助理教授的新职位。他以非常高效的五年启动了他的教职生涯,继续进行X射线晶体研究,同时也进行原子和分子的量子力学计算。他在这五年中发表了约50篇论文,并创建了现在称为Pauling规则的五条规则。到1929年,他晋升为副教授,到1930年,晋升为正教授。1931年,美国化学学会授予Pauling Langmuir奖,以表彰年龄30岁或以下的人在纯科学中最重要的工作。次年,Pauling发表了他认为最重要的论文,首次阐述了原子轨道杂化的概念,并分析了碳原子的四价性。

在Caltech,Pauling与理论物理学家Robert Oppenheimer建立了亲密的友谊,Oppenheimer每年都会花部分研究和教学时间远离U.C. Berkeley在Caltech度过。Pauling还从1929年到1934年被聘为UC Berkeley的物理和化学访问讲师。Oppenheimer甚至给了Pauling一份令人惊艳的个人矿物收藏。两人计划对化学键的性质进行联合研究:显然Oppenheimer将提供数学,Pauling将解释结果。当Oppenheimer试图追求Pauling的妻子Ava Helen时,他们的关系恶化了。当Pauling在工作时,Oppenheimer来到他们的家中,匆忙地向Ava Helen提出邀请,要她与他在Mexico进行一次私密约会。她直言拒绝了,并将此事报告给了Pauling。他立即断绝了与Oppenheimer的关系。
1930年夏季,Pauling进行了另一次欧洲之行,期间他从Herman Francis Mark那里了解到气相电子衍射。回国后,他与学生Lawrence Olin Brockway在Caltech建造了一台电子衍射仪器,并用它研究了大量化学物质的分子结构。
Pauling在1932年引入了电负性的概念。利用分子的各种性质,如破坏键所需的能量和分子的偶极矩,他为大多数元素建立了一个标度和相关的数值——Pauling电负性标度——这在预测分子中原子之间的键的性质方面很有用。
1936年,Pauling被晋升为Caltech化学和化学工程部主任,以及Gates和Crellin化学实验室主任。他将担任这两个职位直到1958年。Pauling还在1948年在Oxford大学担任George Eastman访问教授和Balliol研究员度过了一年。
化学键的性质
在20世纪20年代末,Pauling开始发表关于化学键性质的论文。在1937年至1938年期间,他担任了Cornell University的George Fischer Baker非常驻化学讲师职位。在Cornell期间,他进行了一系列19场讲座,并完成了他著名教科书《化学键的性质》的大部分工作。前言 他正是基于这一领域的工作,他在1954年获得了诺贝尔化学奖,"因为他对化学键的性质及其在阐明复杂物质结构中的应用的研究"。Pauling的著作被认为是"本世纪化学最具影响力的书籍及其有效的圣经"。在其1939年首次出版后的30年里,该书被引用超过16000次。即使在今天,许多现代科学论文和重要期刊中的文章仍然引用这部作品,距离首次出版已经超过70年。

Pauling在化学键性质方面的工作的一部分导致了他引入轨道杂化概念。虽然通常认为原子中的电子由s和p等类型的轨道描述,但事实证明,在描述分子中的键合时,最好是构造具有每种轨道某些特性的函数。因此,碳原子中的一个2s和三个2p轨道可以数学上"混合"或结合成四个等效轨道,称为sp3杂化轨道,这将是描述甲烷等碳化合物的适当轨道,或者2s轨道可以与两个2p轨道结合,形成三个等效轨道,称为sp2杂化轨道,其余的2p轨道未杂化,这将是描述某些不饱和碳化合物(如乙烯)的适当轨道。其他混杂方案也存在于其他类型的分子中。他探索的另一个领域是离子键(其中电子在原子之间转移)和共价键(其中电子在原子之间平等分享)之间的关系


