Linus Pauling

Linus Pauling, um 1954

Hermann Heinrich Wilhelm Pauling,
Linus Paulings Vater, um 1900

Linus Carl Pauling (* 28. Februar 1901 in Portland, Oregon; † 19. August 1994 in Big Sur, Kalifornien) war ein US-amerikanischer Chemiker. Er erhielt 1954 den Nobelpreis für Chemie für seine Forschungen über die Natur der chemischen Bindung und ihre Anwendung bei der Aufklärung der Struktur komplexer Substanzen. 1963 erhielt er für sein großes Engagement im Jahre 1962 den Friedensnobelpreis als besondere Auszeichnung für seinen Einsatz gegen Atomwaffentests. Pauling ist damit neben Marie Curie der bislang einzige Träger zweier unterschiedlicher Nobelpreise.

Die ersten Jahre

Pauling wurde 1901 in Portland, Oregon geboren. Sein Vater, Hermann Heinrich Wilhelm Pauling, ein Apotheker, dessen Eltern aus Freiburg im Breisgau eingewandert waren, 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 Magengeschwür 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.

Pauling war in jungen Jahren Angehöriger der Lutherischen Kirche, trat aber im reifen Alter der Kirche der unitarisch-universalistischen Kirche bei, innerhalb derer er sich noch zwei Jahre vor seinem Tode öffentlich als Atheist bekannte.^[1]

Hochschuljahre

Im Jahr 1917 schrieb sich Pauling im Oregon Agricultural College ein, der heutigen Oregon State University. Er arbeitete, um sich sein Studium finanzieren zu können, während er gleichzeitig eine Vielzahl von Vorlesungen besuchte.

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. So wurde er Mitbegründer einer neuen Wissenschaft, der Quantenchemie.

Paulings Abschlussfoto des Oregon College, 1922

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

1922 schloss Pauling am Oregon Agricultural College (OAC) ab und begann ein Aufbaustudium am Caltech in Pasadena (Kalifornien). In seinen Abschlussforschungen verwendete er die Röntgenbeugung, um Kristallstrukturen zu bestimmen. Während seiner Zeit am Caltech veröffentlichte er sieben Schriften über die Kristallstrukturen von Mineralien und erhielt 1925 seinen Doktorgrad für Chemie summa cum laude.

Frühe wissenschaftliche Karriere

Mit Hilfe eines Guggenheim-Stipendiums reiste Pauling 1926 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 konnten.

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 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 Beugungsstudien zu lernen, die ähnlich wie seine Röntgenbeugungssuntersuchungen waren. Zusammen mit einem seiner Studenten, L. O. Brockway, baute er am Caltech ein Elektronenbeugungsinstrument 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 einer 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 jedoch häufiger wissenschaftlich zitiert.)

Arbeiten über die Natur von chemischen Bindungen

In den 1930er-Jahren begann Pauling mit der Veröffentlichung von Aufsätzen über die Natur von chemischen Bindungen, die 1939 in seinem berühmten Buch Die Natur der chemischen Bindung (Originaltitel: The Nature of the Chemical Bond) veröffentlicht wurden. Vor allem für seine Arbeiten auf diesem Gebiet 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 energetisch 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 für den Grad der Ionisierung 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, nach heutigem Verständnis, genaueste 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 dazwischen liegende 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 oder Mesomerie 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 die Biologie legte, begann Pauling mit solch großen Biologen wie Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges und Alfred H. Sturtevant 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 gründliche Studie über die Strukturen von Proteinen im Allgemeinen zu machen. Dazu kehrte er wieder zu seiner alten Methode der Röntgenbeugung zurück. Proteinmoleküle sind aber leider wesentlich weniger für diese Technik geeignet als kristalline Mineralien. Die besten Röntgenfotografien von Proteinen gelangen in den 1930ern 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 Rosalind Franklin, deren Werk die Grundlage zu Watson und Cricks Veröffentlichung war, ihm nicht zuvorgekommen wäre.

Pauling beschäftigte sich auch mit Enzym-Reaktionen und zeigte, dass die Sichelzellanämie auf die Veränderung einer einzigen Aminosäure des Hämoglobins zurückzuführen ist. In der Folge dieser Arbeit beschäftigte er sich mit der Struktur von Antikörpern und war 1942 an der Entwicklung der ersten synthetischen Antikörper beteiligt.

Engagement gegen die Verbreitung von Atomwaffen und gegen oberirdische Atomversuche

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. Pauling war zudem Atheist.^[2] 1946 wurde er Mitglied des Emergency Committee of Atomic Scientists, dem Albert Einstein vorsaß und das die Öffentlichkeit über die Gefahren aufklären wollte, die von Nuklearwaffen ausgehen. Er erhielt 1948 die Medal for Merit, damals die höchste zivile Auszeichnung der USA. Bereits wenige Jahre später aber verweigerte ihm das Außenministerium der USA wegen seines politischen Engagements 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 (* 1917) einen Petitionsfeldzug. Dieser hatte die Verteilung von radioaktiven ⁹⁰Sr 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 darauf folgende öffentliche Druck führte zu einem Moratorium und einem Testverbot, das John F. Kennedy und Nikita Chruschtschow 1963 unterschrieben. Am Tag, an dem der Vertrag in Kraft trat, vergab das Nobelpreis-Komitee an 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, sahen ihn als naiven Fürsprecher des sowjetischen Kommunismus. Er wurde von einem internen Sicherheitskomitee 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 1962 als „Sonderbare Verunglimpfung aus Norwegen“.

Begründung der orthomolekularen Medizin

1966, im Alter von 65 Jahren, begann er die Ideen des Biochemikers Irwin Stone (1907–1984) zu übernehmen, der in großen Dosen von Vitamin C ein Mittel gegen Erkältungen sah. Pauling jedoch ging noch weiter und glaubte, dass man mit Vitamin C auch Krebserkrankungen vorbeugen könnte.

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Er selbst nahm jeden Tag etwa 18 Gramm Vitamin C zu sich und ging mit plakativen Formulierungen („Vitamine, Vitamine!“) gegen fast jedes medizinische Problem vor. Diese Überzeugungen Paulings haben immer wieder Kontroversen verursacht und wurden wiederholt als Pseudowissenschaft eingeordnet. Obwohl die meisten Wissenschaftler Paulings Annahmen nicht für richtig halten, sind einige wenige aber überzeugt davon, dass dies einer der Fälle sei, in denen natürliche Substanzen im Körper Krankheiten verhindern könnten. Basierend auf Paulings Thesen entwickelte sich die orthomolekulare Medizin. Als Pauling 1974 in den Ruhestand ging, gründete er zusammen mit Albert von Szent-Györgyi (Medizinnobelpreisträger 1937 für Forschungen im Bereich der biochemischen Vorgänge von Vitamin C) und Edmund T. Williams das Institut für orthomolekulare Medizin (heute: Linus Pauling Institute of Science and Medicine) in Palo Alto, Kalifornien. Einer seiner Schüler und damaligen Mitarbeiter am Institut, Matthias Rath, vertritt die These der Heilkraft hochdosierter Vitamine noch heute.

Pauling starb im Alter von 93 Jahren auf seiner Farm in Big Sur in Kalifornien an Prostatakrebs. Bis ins hohe Alter galt Pauling als rüstig und geistig rege.

Schriften (Auswahl)

Aufsätze in Fachpublikationen

• Alfred E. Mirsky, Linus Pauling: On The Structure of Native, Denatured, and Coagulated Proteins. in: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Washington DC 22 (1936), Nr. 7 (July), 439–447. ISSN 0027-8424
• Linus Pauling, Carl Niemann: The Structure of Proteins. in: Journal of the American Chemical Society Washington DC 61 (1939) 1860–1867. ISSN 0002-7863
• Linus Pauling, Dan H. Campbell, David Pressman: The Nature of the Forces Between Antigen and Antibody and of the Precipitation Reaction. in: Physiological Reviews. Bethesda Md 23 (1943), Nr. 3 (July), 203–219. ISSN 0031-9333
• Linus Pauling, Harvey A. Itano, S. J. Singer, Ibert C. Wells: Sickle Cell Anemia, A Molecular Disease. in: Science. Washington DC 110 (1949), Nr. 2865 (25 November), 543–548. ISSN 0036-8075
• Linus Pauling, Robert B. Corey: The Polypeptide-Chain Configuration in Hemoglobin and Other Globular Proteins. in: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Washington DC 37 (1951) 5 (May), 282–285. ISSN 0027-8424
• Linus Pauling, Robert B. Corey: A Proposed Structure for the Nucleic Acids. in: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Washington DC 39.1953, 84–97. ISSN 0027-8424
• Linus Pauling: How my interest in proteins developed. in: Protein Science (PS). Laboratory Press, Cold Spring Harbor 2.1993, 6, 1060–1063. ISSN 0961-8368
• Linus Pauling: My first five years in science. in: Nature. London 371 (1994), Nr. 6492, p. 10. ISSN 0028-0836

(Eine Auswahl an Publikationen auch über ihn als Reprint in PDF-Format findet sich hier)

Lehrbücher

• Die Natur der chemischen Bindung. Übersetzt von H. Noller. Verlag Chemie, Weinheim 1968, 1976 (engl. Original 1939 und 1960), ISBN 3-527-25217-7.
• Grundlagen der Chemie. Übersetzt von Friedrich G. Helfferich. Verlag Chemie, Weinheim 1956, 1973, ISBN 3-527-25392-0.
• General Chemistry. W. H. Freeman, San Francisco 1949, 1970; Dover Publications, New York 1988. (engl. Original, Nachdruck) ISBN 0-486-65622-5.
• mit E. Bright Wilson Jr.: Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry. McGraw-Hill, New York 1935; Dover Publications, New York 1963, 1985, ISBN 0-486-64871-0.

Bücher zu Vitamin C

• Vitamin C und der Schnupfen. Übersetzt von Friedrich G. Helfferich. Verlag Chemie, Weinheim 1972 (engl. Original 1970), ISBN 3-527-25458-7.
• Das Vitamin-Programm. Goldmann Verlag, München 1990, 1992, ISBN 3-442-13648-2.

Politische Schriften

• Linus Pauling: Leben oder Tod im Atomzeitalter. Übersetzt von Hildburg Braun. Sensen-Verlag, Wien 1960; Aufbau-Verlag, Berlin 1964.
• Linus Pauling: Neue Moral und internationales Recht. Union-Verlag, VOB, Berlin 1970.

Literatur

• Anthony Serafini: Linus Pauling – A Man and His Science. Paragon House, New York NY 1989, 1991, ISBN 0-913729-88-4.
• Barbara Marinacci (Hrsg): Linus Pauling in His Own Words. Selections from His Writings, Speeches, and Interviews. Touchstone Books, Simon & Schuster, New York 1995, ISBN 0-684-80749-1.
• Bernhard Kupfer: Lexikon der Nobelpreisträger. Patmos, Düsseldorf 2001, ISBN 3-491-72451-1
• Die 100 des Jahrhunderts. Naturwissenschaftler. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 1994, ISBN 3-499-16451-5, S. 150f.

Dokumentarfilm

• Linus Pauling. (Zusatztitel 2011: Ein Rückblick auf unser Jahrhundert - Zum Internationalen Jahr der Chemie.) Dokumentarfilm, Deutschland, 1994, Buch und Regie: Andrea und Harald von Troschke, Produktion: WDR, mit Archivmaterial und Interviewaufnahmen zwischen 1991 und 1993, Inhaltsangabe der ARD.

Weblinks

Commons: Linus Carl Pauling – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• Linus Pauling Institute
• Literatur von und über Linus Pauling im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1954 an Linus Carl Pauling (englisch)
• Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1962 an Linus Carl Pauling (englisch)
• Linus Pauling am CalTech
• Linus Pauling – Würdigung
• Scans von 46 von Pauling's Notizbüchern der Jahre 1922 bis 1994
• Linus Pauling: The Nature of the Chemical Bond
• The Ava Helen and Linus Pauling Papers at the Oregon State University Libraries
• Creating The Pauling Catalogue und The Pauling Catalogue
• Interview mit Linus Pauling, geführt durch den Physikochemiker Hans Kuhn (englisch, PDF, 728 kB)

Belege