Linus Carl Pauling

Detstvo

Narodil sa v Portlande v štáte Oregon ako syn Hermana Henryho Williama Paulinga (1876 – 1910) a Lucy Isabelle Darlingovej (1881 – 1926). Herman bol neúspešný lekárnik ktorý sa medzi rokmi 1903 až 1909 často sťahoval so svojou rodinou, nakoniec sa usadili v Portlande. Herman zomrel v roku 1910 na krvácanie do brušnej dutiny z dôvodu prasknutia vredu, preto sa Isabelle musela starať o Linusa a jeho dvoch mladších súrodencov: Pauline Paulingovú (1901 – 2003) ktorá si vzala Thomasa Josepha Neya (1991 – 1963) a Frances Lucille Paulingovú (* 1904).
Pauling bol dychtivý čitateľ už ako dieťa, až raz jeho otec napísal list do miestnych novín s výzvou na návrhy ďalších nových kníh, ktoré by ho zamestnali na nejaký čas. Jeho priateľ Lloyd Jeffress mal malé chemické laboratórium v spálni, ktoré ho inšpirovalo na budúcu voľbu povolania ako chemik.
Na strednej škole pokračoval s experimentmi v chémii, pričom si požičiaval mnoho vybavenia a materiálu z opustenej oceliarskej fabriky, kde pracoval jeho starý otec ako nočný strážnik.
Pauling nesplnil isté požadované kurzy z amerických dejín a tak nemohol dostať stredoškolský diplom. Škola mu udelila diplom o 45 rokov neskôr až vtedy, keď dostal Nobelove ceny.

Vysoká škola

V roku 1917 Pauling začal navštevovať Oregonskú vysokú školu poľnohospodársku (ďalej len OAC) v Corvallise, dnes Univerzita štátu Oregon. Potreboval peniaze, preto musel pracovať na plný úväzok a zároveň mal normálny školský rozvrh. Po druhom roku sa plánoval zamestnať v Portlande, aby pomohol svojej matke, ale univerzita mu ponúkla miesto učiteľa kvantitatívnej analýzy (predmet, ktorý Pauling práve dokončil ako študent). To mu dovolilo pokračovať v štúdiách na OAC.
Počas posledných dvoch rokov na OAC sa Paulig začal zaujímať o prácu Gilberta Lewisa a Irvinga Lanqmuira o elektrickej štruktúre atómov a ich väzieb pri tvorbe molekúl. Rozhodol sa upriamiť pozornosť na výskum vplyvu fyzikálnych a chemických vlastností látok vo vzťahu k štruktúre ich atómov, pričom sa stal jedným zo zakladateľov nového odboru, kvantovej chémie.

Manželstvo

Vo svojich neskorších študijných rokoch sa zoznámil s Ave Helen Millerovou, spoluštudentkou. Vzal si ju za manželku 17. júna 1923, mali troch synov a dcéru.
V roku 1922 Pauling spromoval na OAC a odišiel študovať na Kalifornský technologický inštitút („Caltech“) v Pasadene v Kalifornii. Jeho absolventský výskum zahŕňal používanie röntgenových lúčov a ich vplyv na štruktúru kryštálu. Počas pôsobenia na Caltechu publikoval sedem prác na tému kryštálová sústava minerálov. Svoj PhD. titul získal s vyznamenaním v roku 1925.

Skorá vedecká kariéra

Pauling neskôr odcestoval do Európy vďaka Guggenheimovemu štipendiu, kde študoval pod vedením Arnolda Sommerfelda v Mníchove, Nielsa Bohra v Kodani a Erwina Schrödingera v Zürichu. Všetci jeho učitelia pracovali na poli kvantovej mechaniky. V čase, keď študoval na OAC, Pauling ako prvý načrtol myšlienku chemickej kvantovej mechaniky. Začal sa zaujímať o to, ako by mu tieto poznatky pomohli v chápaní vecí, ktorým sa venoval, elektrickej štruktúre atómov a molekúl. V Európe Pauling spolu s Walterom Heitlerom a Fritzom Londonom ako prvý vykonali kvantovú mechanickú analýzu vodíkových väzieb. Pauling venoval 2 roky zo svojho pobytu v Európe tejto práci a rozhodol sa, že táto práca bude ťažiskom pre jeho nasledujúci výskum. Stal sa jedným z prvých vedcov na poli kvantovej chémie a zakladateľ aplikácie kvantovej teórie na štruktúru molekúl. V roku 1927 dostal nové miesto na Caltechu ako asistent pre teoretickú chémiu.
Pauling začal svoju kariéru na Caltechu veľmi produktívne, 5 rokov pokračoval v skúmaní vplyvu röntgenových lúčov na kryštály a vykonával výpočty kvantovej mechaniky na atómoch a molekulách. Publikoval počas týchto piatich rokov asi 50 prác. V roku 1929 dosiahol funkciu Associate Professor (obdoba slovenskej docentúry) a v roku 1930 sa stal riadnym profesorom. V roku 1931 Americká chemická spoločnosť ocenila Paulinga Langmuirovou cenou za najvýznamnejšiu prácu vo vede vykonanú človekom mladším ako 30 rokov. V roku 1932 Pauling publikoval to, čo pomenoval ako svoju najdôležitejšiu prácu, z ktorej neskôr vychádzal pri koncepte hybridizácie atómových orbitálov a analýze tetravalencie uhlíkových atómov.
Pauling sa veľmi zblížil s Robertom Oppenheimerom, ktorý každoročne chodil do Caltechu, kde prednášal a robil výskum. Rozhodli sa spoločne pustiť do výskumu podstaty chemickej väzby; Oppenheimer mal dodať matematickú časť a Pauling interpretovať výsledky. No tento blízky vzťah sa čoskoro ukončil. Oppenheimer začal mať príliš blízky vzťah k Paulingovej manželke, Ave Helenovej. Raz, keď Pauling bol v práci, Oppenheimer prišiel k Paulingovej žene a ponúkol jej, aby sa k nemu pridala pri ceste do Mexika. Ava ho rezolútne odmietla a povedala o tejto ponuke Paulingovi. Ale jej zjavná ľahkovážnosť ohľadom tohto incidentu ho znepokojila a okamžite navždy prerušil priateľstvo s profesorom Oppenheimerom. Napriek tomu Oppenheimer neskoršie pozval Paulinga na miesto šéfa Chemickej divízie na projekte atómovej bomby (Pauling odmietol s odôvodnením, že je pacifista).
V lete 1930 Pauling odišiel do Európy, kde sa učil o použití elektrónov pri štúdiách ohybu, podobných štúdiám, ktoré robil s röntgenovými lúčmi. Spolu so svojim študentom, L. O. Brockwayom, postavil v Caltechu nástroj na ohyb elektrónov a použil ho pri študovaní molekulovej štruktúry mnohých chemických látok.
Linus Pauling predstavil koncept elektronegativity v roku 1932. Použitím rôznych vlastností molekuly, ako napríklad energetická náročnosť pri rušení väzby alebo dipólový moment molekúl, vytvoril stupnicu s hodnotami pre väčšinu časť prvkov, Paulingovu stupnicu. Tá sa používa pri určení druhu väzby medzi dvoma atómami v molekule.

Práca na podstate chemickej väzby

V roku 1930 začal Linus publikovať práce o podstate chemickej väzby, ktorá vyvrcholila jeho slávnou prácou publikovanou v roku 1939. Jeho ocenenie Nobelovou cenou „za výskum o podstate chemickej väzby a jej aplikácie pri objasňovaní štruktúry komplexných látok“ je hlavne založené na tomto výskume. Pauling zhrnul svoju prácu o chemickej väzbe v práci Podstata chemickej väzby, veľkom diele, ktoré je pravdepodobne najvplyvnejšou prácou publikovanou v chémii. Predstavu o jej dôležitosti podáva skutočnosť, že počas 30 rokov od publikovania tejto práce bola kniha citovaná viac ako 16 tisíckrát. Aj dnes mnoho moderných vedeckých prác a článkoch v časopisoch cituje toto dielo, viac ako pol storočia po jeho zverejnení.
Časť Paulingovej práce o podstate chemickej väzby ho viedla k zavedeniu konceptu orbitálovej hybridizácie. Pri opisovaní elektrónov u atómu je normálne ich opisovať ako orbitály typov napríklad s, p, d atď., ale pri opisovaní molekulových väzieb je lepšie vytvárať funkcie, ktoré čiastočne opisujú vlastnosti každého z nich. Napríklad jeden 2s orbitál a tri 2p orbitály v atóme uhlíka môžu byť skombinované tak, že vytvoria štyri ekvivalentné orbitály (hybridný orbitál sp³), ktoré by boli vhodné na opísanie uhlíkatých zlúčenín ako napríklad metánu, alebo 2s orbitál môže byť skombinovaný s dvoma 2p orbitálmi pri vytváraní troch ekvivalentných orbitálov (hybridné orbitály sp²), kde zostávajúci 2p orbitál zostane nehybridizovaný, a tak môže byť vhodným orbitálom pri opisovaní nenasýtených uhlíkatých zlúčenín ako napríklad etylénu. Iné hybridizačné schémy sa dajú taktiež nájsť v rôznych typoch molekúl.
Iná oblasť, v ktorej Pauling pracoval, bol vzťah medzi iónovými väzbami, kde sa elektróny prenášajú medzi atómami a kovalentnými väzbami, kde sú elektróny spoločné pre viaceré atómy. Pauling ukázal, že tieto väzby boli len extrémy, medzi ktorými sa nachádza väčšina naozajstných prípadov. Najmä tu bol užitočný koncept Paulingovej eletronegativity – rozdiel elektronegativít medzi pármi atómov je najistejší prediktor stupňa ionizácie väzby.
Treťou témou, o ktorú sa Pauling zaujímal v oblasti skúmania podstaty chemickej väzby, bolo zdôvodnenie štruktúr aromatických hydrokarbónov, najmä prototypu benzénu. Najlepší opis benzénu pochádza od nemeckého chemika Friedricha Kekulého. Ten jeho štruktúru považoval za rýchlu premenu medzi dvomi štruktúrami, každá so striedajúcimi sa jednoduchými a dvojitými väzbami, kde obe štruktúry majú navzájom vymenené polohy jednoduchých a dvojitých väzieb. Pauling ukázal, že správny opis založený na kvantovej mechanike je prechodná štruktúra obsahujúca určité aspekty každej zo spomenutých dvoch. Štruktúra je superpozíciou štruktúr namiesto prudkej ustavičnej premeny medzi nimi. Tento fenomén bol neskôr nazvaný rezonancia a pripomína vyššie spomenutú hybridizáciu, keďže zahŕňa skĺbenie viac ako jednej elektrónovej štruktúry, aby sa dosiahol „medziľahlý“ výsledok.

Pauling ako mierový aktivista

Pauling bol prakticky do začiatku 2. svetovej vojny apolitický, ale vojna výrazne zmenila jeho život a tak sa stal mierovým aktivistom. Počas začiatku Projektu Manhattan, Robert Oppenheimer ho pozval na miesto riaditeľa chemického oddelenia projektu, ale odmietol ponuku s vysvetlením, že je pacifista. V roku 1946 sa pridal ku Krízovému výboru jadrových vedcov, vedenému Albertom Einsteinom, ktorého úloha bola varovať verejnosť o nebezpečenstve vývoja nukleárnych zbraní. Jeho politické aktivity prinútili americké úrady odobrať Paulingovi pas v roku 1952, kedy bol pozvaný na konferenciu vedcov v Londýne. Pas mu bol vrátený v roku 1954 krátko pred ceremóniou v Štokholme, kde mu bola udelená jeho prvá Nobelova cena. Spolu s Einsteinom, Bertrandom Russellom a ďalšími ôsmimi poprednými vedcami a intelektuálmi podpísal v roku 1955 Russell-Einsteinov manifest.
V roku 1957 Pauling začal spisovať petíciu v spolupráci s biológom Barry Commonerom, ktorý študoval rádioaktívne stroncium-90 v mliečnych zuboch detí v Severnej Amerike a urobil záver, že pozemné nukleárne testovanie môže (vo forme rádioaktívneho spadu) spôsobiť ohrozenie zdravia obyvateľstva. Takisto sa zúčastnil verejnej debaty s atómovým fyzikom Edwardom Tellerom o aktuálnej problematike vytvárania mutácií spôsobených rádioaktívnym spadom. V roku 1958 Pauling spolu so svojou ženou prezentovali v USA petíciu podpísanú viac ako 11 tisíc vedcami, ktorí volali po ukončení atómového testovania. Verejný tlak nasledovne viedol k moratóriu pozemného testovaniu nukleárnych zbraní, ktoré bolo nasledované dohodou o čiastočnom zákaze testov (Partial Test Ban Treaty), podpísanou v roku 1963 Kennedym a Chruščovom. V deň, keď sa zmluva stala právoplatnou, komisia Nobelovej ceny ocenila Paulinga Nobelovou cenou s vysvetlením: „Linus Carl Pauling, ktorý od roku 1946 vedie nekonečnú kampaň nielen proti testom jadrových zbraní, nielen proti ich šíreniu, nielen proti ich použitiu, ale proti celému zbrojeniu ako riešeniu medzinárodných konfliktov.“ Medzi zaujímavosti patrí, že Caltechské chemické oddelenie, ktoré bolo obozretné k jeho politickým postojom, mu nepogratulovalo k získaniu Nobelovej ceny, i keď biologické oddelenie mu urobilo menšiu oslavu, kde ocenili a prejavili mu sympatie ohľadom jeho práce na radiačných mutáciách.
Mnoho Paulingových kritikov, vrátane vedcov ktorí uznávali jeho výsledky v chémii, neschvaľovali jeho politickú pozíciu a videli ho ako naivného hovorcu sovietskeho komunizmu. Bol vyzvaný k predstúpeniu pred Vnútornú bezpečnostnú podkomisiu Senátu, ktorá ho označila ako „Vedecké meno číslo jedna prakticky v každej hlavnej aktivite Komunistického odboja v tejto krajine.“ Nezvyčajný titulok v Life magazine charakterizoval jeho Nobelovu cenu ako „Osobná urážka z Nórska.“ Pauling bol ocenený Sovietskym zväzom Medzinárodnou Leninovou mierovou cenou v roku 1970.

Práca na vývoji elektrického automobilu

Na konci 50-tych rokov 20. storočia sa Pauling začal zaujímať o problematiku znečistenia ovzdušia – čiastočne s rastom vážnosti problematiky smogu v Los Angeles. V tom čase väčšina vedcov verila, že za smog boli zodpovedné chemické továrne a rafinérie – nie exhaláty z áut. Pauling v spolupráci s Arie Haagen-Smitom a inými vedcami na Caltechu ukázali, že smog je naopak produktom znečistenia pochádzajúceho z automobilizmu.
Krátko po tomto objave Pauling začal pracovať na vývoji elektrického automobilu. Žiaľ, jeho výskum ukázal, že tradičné olovené akumulátory nemôžu poskytovať dostatočné množstvo energie, aby elektromobily na nich založené mohli konkurovať vozidlám založeným na spaľovaní uhľovodíkových palív.

Práca v alternatívnej medicíne

V roku 1941, vo veku 40 rokov, bolo Paulingovi diagnostikované závažné ochorenie obličiek – Brightova choroba. Experti verili, že Brightova choroba je neliečiteľná. S pomocou Dr. Thomasa Addisa zo Stanfordu bol Pauling schopný kontrolovať ochorenie pomocou nízkoproteínovej a neslanej diéty. Addis taktiež predpisoval vitamíny a minerály pre všetkých svojich pacientov.
Koncom 50. rokov 20. storočia Pauling pracoval na úlohe enzýmov v mozgových procesoch, vo viere, že duševné poruchy môžu byť čiastočne spôsobené enzymatickou dysfunkciou. Nebolo to tak, kým si v roku 1965 neprečítal prácu „Niacínová terapia v psychiatrii“ od Abrama Hoffera. Paulingovo vplyvné dielo, „Ortomolekulárna psychiatria“, bolo publikované v časopise Science v roku 1968. Pauling vytvoril termín „ortomolekulárny“.
Paulingova práca na vitamíne C v neskorších rokoch bola kontroverzná a bola považovaná mnohými vedcami za jasný podvod. Prvý predstavený koncept vysoko dávkovaného vitamínu C pochádza od biochemika Irwina Stonea z roku 1966 kedy začal brať niekoľko gramov každý deň aby predišiel prechladnutiu. Pauling bol potešený výsledkami a začal študovať klinickú literatúru a publikoval „Vitamín C a obyčajné prechladnutie“ v roku 1970. Začal dlhú klinickú spoluprácu s Britským onkologickým chirurgom, Ewanom Cameronom, v roku 1971 o intravenóznom a orálnom použití vitamínu C ako rakovinovej terapie pre pacientov v konečnom štádiu. Cameron a Pauling napísali mnoho prác a populárnych kníh, „Rakovina a Vitamín C“, v ktorých opísali svoje pozorovania. Paulingove myšlienky sa však stretli s nepochopením v odbornom svete. Neskôr prebehli tri kontroverzné klinické testy na Mayo Clinic, ktoré viedol Dr. Charles Moertel. Tieto testy sú dodnes obostreté oblakom dohadov a protirečení, výsledkom však bolo, že Paulingov kredit v odbornej i laickej verejnosti výrazne klesol.
V roku 2005 niektorí lekári volali pre opatrnejšie opätovné ohodnotenie vitamínu C, hlavne intravenózneho dávkovania, v rakovinovej liečbe. Selektívna jedovatosť vitamínu C pre rakovinové bunky bola demonštrovaná opätovne.
Spolu s dvoma spolupracovníkmi Pauling v roku 1973 založil Institute of Orthomolecular Medicine v Menlo Park (Kalifornia), ktorý bol onedlho premenovaný na Linus Pauling Institute of Science and Medicine. Pauling viedol výskum vitamínu C, ale taktiež pokračoval vo svojej práci v oblastiach chémie a fyziky až do svojej smrti v roku 1994. V jeho posledných rokoch sa začal hlavne zaujímať o možnú úlohu vitamínu C v preventívnej liečbe aterosklerózy a publikoval zaujímavý dokument o použití lyzínu a vitamínu C na úľavu pri angine pectoris. V roku 1996 Linus Pauling Institute sa presunul z Palo Alto (Kalifornia) do Corvallis (štát Oregon) a stal sa časťou Oregonskej štátnej univerzity, kde pokračuje práca na stopových prvkoch, fytochemikáliach (chemikálie z rastlín) a iných zložkách diéty a prevencie pred chorobami.

Paulingovo dedičstvo

Paulingove príspevky do vedy sú mnohými vysoko hodnotené. Bol zaradený medzi najväčších 20 vedcov všetkých čias podľa britského magazínu New Scientist, spolu s Albertom Einsteinom ako jediní vedci z 20. storočia. Gautam R. Desiraju, autor Millennium Essay in Nature tvrdil, že Pauling bol jedným z najväčších mysliteľov a vizionárov milénia, spolu s Galileom, Newtonom a Einsteinom. Pauling je taktiež známy pre široký okruh záujmov: kvantová mechanika, anorganická chémia, organická chémia, proteínové štruktúry, molekulárna biológia a medicína. Vo všetkých týchto odvetviach vedy, hlavne vo vyznačení hraníc medzi nimi, urobil rozhodujúce závery. Jeho práca na chemických väzbách naštartovalo vedu kvantovej chémie a mnoho s jeho príspevkov ako hybridizácia a elektronegativita sa stali súčasťou štandardných chemických učebníc. Hoci jeho prístup sa ukázal nedostatočným pre vysvetlenie niektorých charakteristík molekúl (ako napr. paramagnetická povaha kyslíka) a je vytláčaná molekulárnou orbitálovou teóriou Roberta Mullikena, sila Paulingovej teórie leží v jednoduchosti, preto v mnohých ohľadoch pretrváva. Jeho objav alfa helixu a beta listu je fundamentom pre štúdie proteínovej štruktúry.
Vo svojej dobe bol Pauling často nazývaný „Otcom molekulárnej biológie“. Jeho objav mesiačikovitej anémie ako „molekulárneho ochorenia“ otvoril cestu skúmaniu geneticky nadobudnutých mutácií na molekulárnej úrovni.