Pauling, Linus Carl
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Linus Carl Pauling (* 28. Februar 1901 in Portland, Oregon; † 19. August 1994) war ein US-amerikanischer Chemiker. Er erhielt 1954 den Nobelpreis für Chemie und 1962 den Friedensnobelpreis.

Die ersten Jahre

Pauling wurde in Portland, Oregon geboren. Sein Vater, ein erfolgloser, aus Deutschland eingewanderter Apotheker, zog mit seiner Familie zwischen 1903 bis 1909 von einer Stadt in die andere und kehrte im letzten Jahr wieder mit ihr nach Portland zurück. Als der Vater 1910 an einem durchgebrochenen Geschwür starb, hinterließ er Linus' Mutter die Sorge um Linus und zwei jüngere Geschwister.

Schon als Kind war Pauling ein unersättlicher Leser. Einmal schrieb sein Vater sogar einen Brief an eine örtliche Zeitung mit der Bitte um Vorschläge für weitere Bücher, mit denen man ihn beschäftigen könnte. Während seiner Zeit auf dem Gymnasium hatte sein Schulfreund Lloyd Jeffress in seinem Schlafzimmer ein kleines Chemielabor. Die Experimente mit Jeffress inspirierten Pauling, später Chemiker zu werden.

Auch während der Highschool machte Pauling weiter chemische Experimente und lieh sich den größten Teil der Ausrüstung und Materialien von einer leerstehenden Stahlfabrik in der Nähe, bei der sein Großvater als Nachtwächter arbeitete.

Da Pauling es versäumte, einige erforderliche Kurse in Amerikanischer Geschichte zu belegen, konnte er sich nicht für den Abschluss, das High School Diplom, qualifizieren. Erst 45 Jahre später, nachdem er zwei Nobelpreise gewonnen hatte, verlieh ihm die Schule das Diplom.

Hochschuljahre

Im Jahr 1917 schrieb sich Pauling am landwirtschaftlichen College von Oregon in Corvallis ein (heute die Oregon State University). Um sich sein Studium finanzieren zu können, arbeitete er Vollzeit, unter anderem als Milchmann, Filmvorführer und sogar auf einer Schiffswerft, während er gleichzeitig eine Vielzahl von Vorlesungen besuchte. Nach seinem zweiten Jahr auf dem College wollte er eine Stelle in Portland annehmen, um seine Mutter zu unterstützen, aber die Universität bot ihm an, die Vorlesung quantitative Analysis zu halten (den Kurs hatte Pauling gerade erst als Student erfolgreich abgeschlossen). Die Lehrtätigkeit erlaubte ihm, weiter am Oregon Architectural College zu studieren.

In seinen letzten beiden Jahren am College lernte Pauling die Arbeit von Gilbert N. Lewis und Irving Langmuir kennen, die sich mit der Elektronenstruktur von Atomen und deren chemischen Bindungen, die sie befähigte, Moleküle zu bilden, beschäftigten. Er beschloss, seine Forschungen darauf zu konzentrieren, wie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Substanzen mit ihrer Atomstruktur zusammenhängen. Damit wurde er einer der Begründer der neuen Wissenschaft der Quantenchemie.

In seinem letzten Jahr am College lernte er Ava Helen Miller, eine Mitstudentin, kennen, und heiratete sie am 17. Juni 1923. Das Ehepaar bekam drei Söhne und eine Tochter.

1922 schloss Pauling am Oregon Architectural College ab und begann ein Aufbaustudium am California Institute of Technology ("CalTech") in Pasadena (Kalifornien). In seinen Abschlussforschungen verwendete er die Röntgendiffraktion, um Kristallstrukturen zu bestimmen. Während seiner Zeit am CalTech veröffentlichte er sieben Schriften über die Kristallstrukturen von Mineralien und erhielt 1925 seinen Doktorgrad für Philosophie summa cum laude (mit Auszeichnung).

Frühe wissenschaftliche Karriere

Pauling reiste nach Europa, um bei Arnold Sommerfeld in München, Niels Bohr in Kopenhagen und Erwin Schrödinger in Zürich weiterzustudieren. Alle drei arbeiteten auf dem neuen Feld der Quantenmechanik. Schon während seiner Zeit am OAC hatte sich Pauling mit Quantenmechanik beschäftigt und er wollte nun sehen, ob sie ihm beim Verständnis seines Fachgebietes der Elektronenstruktur von Atomen und Molekülen weiterhelfen kann.

Er widmete die zwei Jahre in Europa ganz seiner Arbeit und entschied, dass dies der zukünftige Schwerpunkt seiner Forschungen sein sollte. Damit wurde er einer der ersten Wissenschaftler auf dem Gebiet der Quantenchemie. 1927 dann übernahm er eine Assistenzprofessur am CalTech für Theoretische Chemie.

Paulings Karriere am CalTech begann mit fünf sehr produktiven Jahren, in denen er seine Röntgenstudien an Kristallen fortsetzte und sich mit quantenmechanischen Berechnungen bei Atomen und Molekülen beschäftigte. In dieser Zeit veröffentlichte er schätzungsweise 50 Aufsätze. 1929 wurde er zum Associate Professor ernannt und erhielt 1930 eine volle Professur. 1931 erhielt er von der Amerikanischen Gesellschaft für Chemie den Langmuir-Preis für die bedeutendste Arbeit auf dem Gebiet der reinen Wissenschaft durch eine Person von unter 30 Jahren.

Im Sommer 1930 reiste Pauling wieder nach Europa, um mehr über die Verwendung von Elektronen bei Diffraktionsstudien, die ähnlich wie seine Röntgendiffraktionsuntersuchungen waren, zu lernen. Zusammen mit einem seiner Studenten, L. O. Brockway, baute er am CalTech ein Elektronendiffraktionsinstrument und untersuchte damit die Molekularstruktur einer großen Zahl chemischer Substanzen.

1932 führte er das Konzept der Elektronegativität ein. Unter Verwendung der zahlreichen Eigenschaften von Molekülen, wie der Energie, die aufgewendet werden muss, um chemische Bindungen aufzubrechen oder der Dipolmomente von Molekülen, bestimmte er numerische Werte für die meisten Elemente. Diese Werte ordnete er auf eine Skala, der Pauling-Skala für Elektronegativität, mit der sich die Natur von Bindungen zwischen Atomen und Molekülen bestimmen lässt. (Eine andere Maßeinheit für Elektronegativität wurde von Robert S. Mulliken definiert, die im großen und Ganzen mit Paulings übereinstimmt. Die Pauling-Skala wird häufiger wissenschaftlich zitiert.)

Arbeiten über die Natur von chemischen Bindungen

In den 1930ern begann Pauling mit der Veröffentlichung von Aufsätzen über die Natur von chemischen Bindungen, die 1939 in seinem berühmten Buch zum Thema veröffentlicht wurden. Vor allem für seine Arbeiten auf diesem Feld erhielt er 1954 den Nobelpreis für Chemie "für seine Forschungen über die Natur der chemischen Bindung und deren Anwendung zur Erhellung der Strukturen von komplexen Substanzen".

Aufbauend auf einem Teil von Paulings Arbeit veröffentlichte er das Konzept der Hybridisierung. Üblicherweise werden die Elektronen eines Atoms als auf verschiedenen Orbitalen (bezeichnet als s, p usw.) befindlich beschrieben. Es zeigte sich aber, dass zur Beschreibung von Bindungen in Molekülen besser Funktionen konstruiert werden, bei denen beide Teile gegenseitig Eigenschaften übernehmen. So kann das 2s und die drei 2p-Orbitale eines Kohlenstoffatoms zusammengefasst werden um vier äquivalente Orbitale (sp³ Hybridorbitale genannt) zu bilden. Damit lassen sich die Molekülbindungen bei Kohlenstoffverbindungen wie Methan geeignet darstellen. Ebenso kann das 2s-Orbital mit zwei 2p-Orbitalen kombiniert werden um drei äquivalente Orbitale (sp² Hybridorbitale genannt) zu erhalten, die zusammen mit dem verbleibenden nicht hybridisierten 2p-Orbital geeignet sind um die Molekülbindungen einiger ungesättigter Kohlenstoffverbindungen wie Ethen zu beschreiben. Auch bei anderen Molekültypen lassen sich die Molekülbindungen durch andere Hybridisierungs-Schemata erklären.

Ein weiteres Gebiet seiner Forschungen war die Beziehung zwischen einer Ionenbindung, bei der Elektronen zwischen den Atomen transferiert werden und einer kovalenten Bindung, bei der die Elektronen zwischen den Atomen gleichmäßig verteilt werden. Pauling zeigte, dass beide Bindungstypen lediglich Extreme darstellen, zwischen denen die meisten üblichen Bindungen liegen. Hier war besonders Paulings Konzept der Elektronegativität sehr nützlich, denn die Differenz der Elektronegativität zwischen zwei Atomen ist der sicherste Indikator über den Grad der Ionsierung der Bindung.

Das dritte seiner Forschungsthemen, das Pauling unter dem Dach der Natur der chemischen Bindung untersuchte, war die Aufzählung der Strukturen von Aromaten, insbesondere des Prototyps Benzol. Die beste Beschreibung von Benzol wurde durch den deutschen Chemiker Friedrich Kekulé gemacht. Er betrachtete die Verbindung als einen ständigen Wechsel zwischen zwei Strukturen, beide mit alternierenden Einfach- und Doppelbindungen, jeweils mit der Doppelbindung an der Stelle, an der die Einfachbindung der anderen Struktur sitzt. Pauling zeigte mit einer geeigneten Beschreibung auf Basis der Quantenmechanik, dass es sich um eine dazwischenliegende Struktur handelt, die Aspekte von beidem enthalten. Die Struktur stellte mehr eine Überlagerung beider Strukturen als einen schnellen Wechsel zwischen ihnen dar. Der Begriff Resonanz wurde diesem Phänomen erst später gegeben. Auf eine bestimmte Weise gleicht das Phänomen dem der Hybridisierung, das schon früher beschrieben wurde, da es ebenso mehr als eine Elektronenstruktur mit einbezieht um ein dazwischenliegendes Resultat zu erzielen.

Arbeiten über biologische Moleküle

Mitte der 1930er Jahre beschloss Pauling, sich neue Interessensgebiete zu erschließen. In seinen frühen Jahren erwähnte er sein mangelndes Interesse am Studium von Molekülen mit biologischer Bedeutung. Als aber das CalTech einen immer größeren Schwerpunkt auf der Biologie legte, begann Pauling mit solch großen Biologen wie Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhanski, Calvin Bridges, und Alfred Sterdivant zusammenzuarbeiten, da er ein Interesse für biologische Moleküle entwickelte.

Seine erste Arbeit auf diesem Gebiet betraf die Struktur von Hämoglobin. Er konnte demonstrieren, dass das Hämoglobin-Molekül seine Struktur ändert, wenn es ein Sauerstoffatom einbindet oder abgibt. Als ein Ergebnis dieser Untersuchungen entschied er sich, eine gründlicher Studie über die Strukturen von Proteinen im Allgemeinen zu machen. Dazu kehrte er wieder zu seiner alten Methode der Röntgendiffraktion zurück. Proteinmoleküle sind aber leider wesentlich weniger für diese Technik geeignet als kristalline Mineralien. Die besten Röntgenfotographien von Proteinen gelangen in den 30ern dem britischen Kristallographen William Astbury, als aber Pauling 1937 versuchte sich an Astburys Untersuchungen zu beteiligen, gelang es ihm nicht.

Pauling benötigte elf Jahre, um das Problem zu erklären: Seine mathematische Analyse war zwar korrekt, doch Astburys Bilder wurden auf solche Weise aufgenommen, dass sie gekippt zu ihren erwarteten Positionen dargestellt wurden. Pauling formulierte ein Modell der Struktur des Hämoglobins, in welchem die Atome in einer Helix angeordnet sind und übertrug diese Idee auf Proteine im Allgemeinen. Auf diese Helix-Struktur ist auch die Doppelhelix zurückzuführen, die James Watson und Francis Crick für die Desoxyribonukleinsäure (DNA) postulierten. Auch Pauling kam dieser Struktur sehr nahe, obwohl seine angenommene Struktur der DNA nicht ganz korrekt war, glauben viele, die mit seiner Arbeit vertraut sind, dass Pauling bald zum selben Ergebnis wie Watson und Crick gekommen wäre, wenn diese ihm nicht zuvorgekommen wären.

Pauling beschäftigte sich auch mit Enzym-Reaktionen und zeigte, dass die Sichelzellanämie auf die Veränderung einer einzigen Aminosäure des Hämoglobins zurückzuführen ist.

Nicht nur ein Wissenschaftler im Elfenbeinturm

Der Zweite Weltkrieg verursachte eine grundlegende Änderung in Paulings Leben. Bis zu diesem Zeitpunkt war er ziemlich unpolitisch, aber als Ergebnis seiner Erfahrungen engagierte er sich als Friedensaktivist. 1946 wurde er Mitglied des Emergency Committee of Atomic Scientists, dem Albert Einstein vorsaß und der die Öffentlichkeit über die Gefahren aufklären wollte, die von Nuklearwaffen ausgehen. Wegen seines politischen Engagements verweigerte ihm das U.S. State Departement ein Visum, als er 1952 als Redner zu einer wissenschaftlichen Konferenz in London eingeladen wurde. Auf dieser Konferenz sollte es um die Helix-Struktur der Proteine gehen. Wäre es ihm möglich gewesen, an dieser Konferenz teilzunehmen, wäre er vielleicht schon eher auf die wahre Struktur der DNA gestoßen. Erst kurz vor der Zeremonie zur Verleihung des Nobelpreises 1954 erhielt er wieder einen Reisepass.

1957 begann Pauling zusammen mit dem Biologen Barry Commoner einen Petitionsfeldzug. Dieser hatte die Verteilung von radioaktiven Strontium-90 in den Milchzähnen von Kindern in ganz Nordamerika untersucht und war zu dem Schluss gekommen, dass die überirdischen Atomtests große Gesundheitsrisiken durch den radioaktiven Fallout mit sich bringen. 1958 übergaben Pauling und seine Frau der US-Regierung eine Petition der Vereinten Nationen, die von mehr als 11.000 Wissenschaftlern unterzeichnet wurde und ein Ende der Atomtests verlangte. Der darauffolgende öffentliche Druck führte zu einem Moratorium und einem teilweisen Testverbot, das John F. Kennedy und Nikita Chruschtschow 1963 unterschrieben. Am Tag, an dem der Vertrag in Kraft trat, vergab das Nobelpreis-Komitee Pauling den Friedensnobelpreis: "Linus Carl Pauling hat sich seit 1946 immer unablässig eingesetzt, nicht nur gegen Atomwaffentests, nicht nur gegen die Verbreitung von Atomwaffen, auch nicht gegen deren Verwendung, sondern gegen alle Kriegsführung als Maßnahme zur Lösung internationaler Konflikte."

Viele von Paulings Kritikern, darunter auch viele Wissenschaftler, die seinen Beitrag zur Chemie anerkennen, stimmen nicht mit seinen politischen Standpunkten überein und sahen ihn als naiven Fürsprecher des russischen Kommunismus. Er wurde von einem internen Sicherheitskomittee des Senats zitiert, das ihn als den "wichtigsten Wissenschaftler praktisch jeder Aktivität der kommunistischen Friedensoffensive in diesem Land" bezeichnete. Eine außergewöhnliche Überschrift des Life Magazine charakterisierte seinen Friedensnobelpreis von 1963 als "Sonderbare Verunglimpfung aus Norwegen".

Die wissenschaftliche Arbeit Paulings späterer Jahre hat viele Kontroversen verursacht und wird von vielen Wissenschaftlern als ausgemachter Schwindel bezeichnet. 1966, im Alter von 65 Jahren, wenn viele Menschen in Rente gehen, begann er die Ideen des Biochemikers Irwin Stone zu übernehmen, der in großen Dosen von Vitamin C ein Mittel gegen Erkältungen sah. Pauling ging noch weiter und glaubte, dass Vitamin C auch gegen Krebs vorsorgen könnte. Wohingegen die meisten Wissenschaftler diese Annahmen nicht für gültig erachten, gibt es eine kleine Zahl, die überzeugt ist, dass dies einer der Fälle ist, in denen natürliche Substanzen im Körper Krankheiten verhindern können. Daraus entwickelte sich die neue Disziplin der orthomolekularen Medizin und als Pauling 1974 in Rente ging, gründete er zusammen mit anderen das Institut für Orthomolekulare Medizin in Palo Alto, Kalifornien, das heute das Linus Pauling Institute of Science and Medicine ist. Heute ist das Institut von den massiven Dosen Vitamin C wieder abgekommen. Als Vollmitglied und Ehrenpräsident engagierte sich Linus Pauling aktiv zusammen mit dem Nobelpreisträger Aleksandr M. Prokhorov (Russland) und dem Psychosomatiker Yujiro Ikemi (Japan) für den Aufbau der International Academy of Science.

Linus Pauling und Marie Curie sind die beiden einzigen Menschen, die einen Nobelpreis auf mehr als einem Gebiet erhalten haben.

Weblinks

• Linus Pauling
• Scans von 46 von Pauling's Notizbüchern der Jahre 1922 bis 1994
• Elektronegativität bei Webelements
• Nobelpreis 1954 für Chemie
• Friedensnobelpreis 1962