Reconhecido como um dos principais químicos do século XX
Autor: Nah Medelo | Publicado: 2011-03-26T14:25:00-07:00




Linus Pauling



Em 1917, Pauling ingressou na Universidade Agrícola do Oregon ("OAC", denominada actualmente de Universidade Estadual do Oregon), em Corvallis. Paralelamente aos seus estudos, Linus Pauling teve que trabalhar a tempo inteiro, devido às suas necessidades financeiras. Entre os empregos que teve, encontram-se o de distribuidor de leite, projeccionista num cinema e como trabalhador num estaleiro naval. No começo do seu segundo ano de estudos, Pauling propôs-se a encontrar emprego em Portland para poder ajudar financeiramente a sua mãe. Na mesma altura, na Universidade, propuseram-lhe que aceitasse uma cátedra de química analítica quantitativa (um curso que ele mesmo acabava de concluir como estudante), que lhe permitiria, ao mesmo tempo, continuar os seus estudos.

Durante os seus dois últimos anos na OAC,Pauling estudou o trabalho de Lewis e Langmuir sobre a configuração electrónica dos átomos, assim como a forma como estes se ligavam para formar moléculas. Neste momento, decidiu seguir uma carreira de investigação, concentrando-se na compreensão da relação da estrutura atómica da matéria com as suas propriedades físicas e químicas, o que o levaria a converter-se num dos pioneiros da química quântica. Na OAC, teve a oportunidade de realizar as suas primeiras investigações respeitantes ao efeito que um campo magnético exerce sobre a orientação de um cristal de ferro.Pauling gradou-se como Bachelor of Science, em 1922, na área de engenharia de processos. Imediatamente, procurou continuar os estudos com uma pós-graduação no California Institute of Technology (Caltech) em Pasadena. Em busca do doutoramento, Pauling investigou a utilização da difracção de raios-X, na determinação das estrutura dos cristais. Durante os seus três anos em Caltech, Pauling publicou sete artigos sobre a estrutura cristalina dos minerais. O primeiro deles foi publicado na revista Journal of the American Chemical Society, e tratava a estrutura da molibdenita, MoS2. Linus Pauling recebeu o doutoramento summa cum laude em 1925.

A 17 de Junho de 1923, Pauling casou-se com Ava Helen Miller, com quem teve três filhos e uma filha. O casal tinha-se conhecido na OAC, quando Pauling cursava o último ano de estudos. Miller foi aluna de Pauling no curso "Química para estudantes de Economia Doméstica".Tendo em vista a conclusão do seu doutoramento, Pauling recebeu uma bolsa da Fundação Guggenheim, que lhe permitiu viajar para a Europa, onde estudou sob a orientação de Arnold Sommerfeld em Munique, Niels Bohr em Copenhaga e Erwin Schrödinger em Zurique. Durante a sua estadia na OAC, Pauling tinha-se familiarizado com o trabalho dos três cientistas, pioneiros da química quântica. Teve ainda a oportunidade de presenciar um dos primeiros estudos, baseados em química quântica, sobre as ligações da molécula de hidrogénio. A investigação foi realizada por Walter Heitler e Fritz London. Pauling consagrou os seus anos na Europa a esta área, e decidiu torná-la a matéria principal das suas investigações futuras. Quando Pauling voltou aos Estados Unidos em 1927, obteve a posição de Professor assistente de química teórica em Caltech.

Os primeiros cinco anos da carreira de Pauling, decorridos em Caltech, foram muito produtivos, tendo aplicado a mecânica quântica ao estudo de átomos e moléculas, no seguimento de seus estudos sobre cristais, utilizando a difracção de raios X. Neste período, Pauling publicou cerca de cinquenta artigos, e criou as cinco regras de Pauling, desenvolvidas para determinar a estrutura molecular dos cristais complexos. Em 1929, foi nomeado Professor associado, e no ano seguinte recebeu o título de Professor.Em 1930, Pauling teve uma estadia de Verão na Europa, durante a qual trabalhou no instituto de Arnold Sommerfeld. Nesse período, Pauling viu a possibilidade de utilizar os electrões para os estudos de difracção, tal como tinha usado, para o mesmo efeito, os raios X. No seu regresso, construiu um aparelho de difracção electrónica, auxiliado pelo estudante L. O. Brockway. O aparelho foi utilizado para estudar a estrutura molecular de um grande número de substâncias químicas. Em 1931, Pauling recebeu o Prémio Langmuir, outorgado pela American Chemical Society, pelo trabalho científico mais significativo, realizado por um investigador com menos de 30 anos.Em 1932, Pauling concebeu a noção de electronegatividade. Utilizando diversas propriedades das moléculas, especialmente o seu momento dipolar e a energia necessária para romper as ligações químicas, estabeleceu a escala de Pauling, útil para a previsão da natureza das ligações químicas. A escala atribui um valor de electronegatividade à maioria dos elementos químicos. Este valor resulta da medida da força com que os átomos de uma molécula se atraem entre si. Nesse mesmo ano, Pauling publicou o que é considerado o seu artigo mais importante, em que desenvolve o novo conceito de hibridização das orbitais atómicas, e realiza uma análise do carácter tetravalente do carbono.Em Caltech, Pauling desenvolveu uma forte amizade com Robert Oppenheimer, da Universidade da Califórnia (Berkeley), que deslocava-se regularmente a Caltech como investigador e professor. Oppenheimer e Pauling planejaram trabalhar em conjunto na investigação das ligações químicas. Oppenheimer efectuaria os cálculos matemáticos e Pauling interpretaria os resultados. No entanto, os planos não se desenvolveram por completo, pois Pauling começou a suspeitar que o seu amigo se estava a aproximar demasiado da sua esposa, Ava Helen. Numa ocasião em que Pauling estava ausente a trabalhar, Oppenheimer convidou Ava Helen a encontrar-se com ele no México. Ela recusou o convite de imediato, tendo avisado o seu marido. Este incidente, e a indolência com que Ava Helen o tomou, levaram Pauling a pôr fim à relação com o cientista de Berkeley, criando uma fria tensão que durou para o resto das suas vidas. Mais tarde, Oppenheimer propôs a Pauling a chefia na área de química do Projecto Manhattan. Pauling recusou a proposta, argumentando que era pacifista.No início da década de 1930, Pauling começou a publicar as suas investigações sobre a natureza da ligação química, que levou, depois, à edição do seu famoso livro de texto The Nature of the Chemical Bond, publicado em 1939. Este livro é considerado um dos mais importantes trabalhos de química jamais publicados. Pode-se ter uma ideia da sua influência bastando recordar que nos primeiros trinta anos após a sua primeira edição, o livro foi citado mais de 16 mil vezes por outros autores, o que faz dele a investigação mais citada como referência no meio científico. As investigações nesta área valeram a Pauling o Nobel de Química de 1954, "pelas suas investigações sobre a natureza da ligação química e suas aplicações na determinação da estrutura das substâncias complexas".Como parte das suas investigações sobre a natureza da ligação química, Pauling criou o conceito de hibridização das orbitais atómicas. A mecânica quântica utiliza o número quântico l para determinar o número máximo de electrões em cada orbital (denominando as orbitais com as letras s, p, d, f, g e h); Pauling observou que para descrever a ligação química nas moléculas, é preferível construir funções que são uma mistura destas orbitais. Por exemplo, as orbitais 2s e 2p de um átomo de carbono, podem-se combinar para formar quatro orbitais equivalentes, chamadas orbitais híbridas sp³. Estas orbitais híbridas podem descrever melhor a existência de compostos como o metano, de geometria tetraédrica. Desta forma, a orbital 2s pode combinar-se com duas orbitais 2p, formando três orbitais equivalentes, chamados orbitais híbridos sp², sendo que a terceira orbital 2p não se hibridiza. Esta estrutura permite descrever os compostos insaturados, como o etileno.

Pauling estava também interessado em compreender a relação entre as ligações iónicas, em que os electrões são transferidos de um átomo para outro, e as ligações covalentes, em que ambos os átomos fornecem electrões. Pauling demonstrou que estes dois tipos de ligação são, na realidade, casos extremos, e que a maioria das ligações químicas são na realidade uma combinação de ligação iónica com covalente. É nesta temática onde a noção de electronegatividade é especialmente útil, pois a diferença entre as electronegatividades dos átomos participantes numa ligação é a medida mais adequada para prever o grau de ionicidade de uma ligação.Ainda na área das ligações químicas, o terceiro tema estudado por Pauling incidia na compreensão e descrição da estrutura dos compostos aromáticos; especialmente o benzeno (C6H6), o composto mais simples dentro dos aromáticos.

A estrutura do benzeno sempre havia sido motivo de controvérsia entre os cientistas, pois não era clara a forma como seis átomos de carbono e seis de hidrogénio poderiam conectar-se, satisfazendo todo o seu potencial de ligação.[3] Até essa altura, a melhor descrição sobre a dita estrutura, era a formulada pelo químico alemão Friedrich Kekulé. Kekulé descrevia o benzeno como a transição rápida entre duas estruturas em que havia alternância de posição das ligações simples e duplas. Pauling propôs uma estrutura intermédia, baseada na mecânica quântica, que considera uma sobreposição das duas estruturas de Kekulé. Posteriormente, este fenómeno recebeu o nome de ressonância (ou mesomeria).

De certo modo, a ressonância é análoga ao fenómeno de hibridização das orbitais atómicas, já que consiste na combinação de várias estruturas electrónicas: nela, as orbitais de diferentes átomos de carbono combinam-se para formar as orbitais moleculares.

A 16 de Setembro de 1952, Linus Pauling começou um novo caderno de apontamentos com as palavras "Decidi atacar o problema da estrutura do núcleo".[4] Treze anos depois, Pauling publicou o seu modelo de núcleo atómico nas revistas Science e Proc. Natl. Acad. Sci.[5] Durante as seguintes três décadas, Pauling continuou a publicar artigos baseados no dito modelo.

No entanto, poucos livros de texto modernos referem este modelo. O modelo dá uma perspectiva única sobre a forma como cadeias de núcleos podem formar estruturas, de acordo com a mecânica quântica. Em 2006, Norman D. Cook, na sua revisão sobre vários modelos de estrutura atómica, disse sobre o modelo de Pauling que "leva a uma construção sensata dos núcleos e tem uma lógica inerentemente difícil de negar....no entanto....os teóricos nucleares não aprofundaram a ideia, e o modelo de Pauling não entrou no comum da investigação atómica teórica", não concluindo que o modelo de Pauling fora substituído por um modelo superior, mas simplesmente ignorado.As cadeias de Pauling, incluem os isótopos deutério, hélio e trítio. Os núcleos eram descritos como cadeias de partículas alfa, o que é frequente para núcleos leves. Pauling tentou descrever a estrutura nuclear a partir dos sólidos platónicos, em vez de partir de um modelo de partículas baseado no princípio de exclusão de Pauli, mais tradicional. Foi por vezes dito que estas investigações teriam recebido maior atenção da comunidade científica se tivessem sido levadas a cabo por um cientista menos famoso; mais certo era que Pauling estava a tentar, de forma inovadora, entender o trabalho de Maria Goeppert-Mayer, efectuado no fim da década de 1940, respeitante à estrutura do núcleo atómico.Em meados da década de 1930, Pauling interessou-se por uma nova disciplina científica. No início da sua carreira, havia manifestado falta de interesse pelo estudo das moléculas biológicas. No entanto, enquanto esteve em Caltech, teve oportunidade de relacionar-se com biólogos de renome, como Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges e Alfred Sturtevant, que o levaram a mudar de opinião. Começou, então, a estudar estas moléculas, graças a uma bolsa de estudo da Fundação Rockefeller. Os seus primeiros trabalhos no tema incidiram sobre a estrutura da hemoglobina. Pauling propôs que a estrutura da hemoglobina se altera em função do ganho ou perda de um átomo de oxigénio pela molécula. Na sequência desta observação, Linus Pauling decidiu estudar de forma mais precisa a estrutura das proteínas, utilizando a difracção de raios-X, mas a estrutura proteica mostrou ser muito mais difícil de determinar usando esta técnica, em comparação com a estrutura dos cristais de minerais estudados anteriormente. Nesta década, o cristalógrafo britânico William Astbury tinha obtido bons resultados usando raios-X, mas quando Pauling tentou reinterpretar as suas observações, em 1937, com auxílio da mecânica quântica, não o conseguiu.

Foram necessários onze anos até que Pauling compreendesse a origem do problema. A sua análise matemática estava correcta, mas os resultados de Astbury foram obtidos de tal maneira que as proteínas estavam inclinadas em relação às posições esperadas. Para explicar esta discrepância, Pauling propôs um modelo molecular da hemoglobina, no qual os átomos estavam posicionados em hélice, e aplicou esta ideia às proteínas em geral.Em 1951, com base nas estruturas dos aminoácidos e dos péptidos, e considerando a natureza planar da ligação peptídica, Pauling e seus colegas propuseram que a estrutura secundária das proteínas era baseada na alfa-hélice e na folha-beta. Esta conclusão exemplifica a capacidade de Pauling para pensar de maneira não convencional, pois a assumpção central da proposta radicava no facto de uma volta de hélice poder conter um número não inteiro de aminoácidosNo seguimento, Pauling sugeriu uma estrutura helicoidal para o ácido desoxirribonucleico (ADN), ainda que o seu modelo tivesse alguns erros, incluindo a proposição de grupos neutros de fosfato, ideia que estava em conflito com a natureza ácida, e não neutra, do ADN.[6] Sir Lawrence Bragg decepcionou-se, ao saber que Pauling tinha ganho a corrida para a descoberta da alfa-hélice. A equipa de Bragg tinha cometido um erro fundamental, ao não considerar a natureza planar da ligação peptídica. Quando nos Laboratórios Cavendish se soube que Pauling trabalhava com os modelos moleculares da estrutura do ADN, James Watson e Francis Crick foram autorizados a propor um modelo estrutural da molécula de ADN, utilizando material não publicado, dos investigadores Maurice Wilkins e Rosalind Elsie Franklin, do King's College. Em 1953, Watson e Crick propuseram a estrutura, ainda hoje considerada correcta, para a dupla hélice do ADN, o que lhes valeria o Nobel de Fisiologia/Medicina de 1962. Um dos obstáculos que Pauling enfrentou durante a sua investigação foi a impossibilidade de consultar as fotografias de alta qualidade de difracção do ADN que Franklin tinha efectuado. Quando Pauling as tentou ver num congresso em Inglaterra, o seu passaporte foi retido pelo Departamento de Estado dos Estados Unidos da América, sob a suspeita de ter simpatias pelo comunismo

Durante este período, Pauling também estudou as reacções enzimáticas. Encontra-se entre os primeiros cientistas que demonstraram que as enzimas actuam estabilizando os estados de transição das reacções químicas, o que é fundamental para a compreensão do seu mecanismo de acção. Pauling está também entre os primeiros que propuseram que os anticorpos se ligam aos antigénios graças a uma compatibilidade das suas estruturas. Seguindo a mesma ordem de ideias, escreveu um artigo juntamente com Max Delbrück, um físico convertido em biólogo, onde sugeria que a replicação do ADN é devida à complementaridade, e não à similitude, como tinha sido sugerido por outros cientistas. O modelo de Watson e Crick viria a corroborar esta ideia. Por outra parte, Pauling contribuiu também, juntamente com outros investigadores, para o fabrico de anticorpos artificiais, e para um substituto do plasma sanguíneo.

Em Novembro de 1949, juntamente com Harvey Itano, S. J. Singer e Ibert Wells, Pauling publicou na revista Science a primeira prova da relação entre uma doença humana e uma alteração numa proteína específica.[8] Utilizando a técnica de electroforese, demonstraram que a hemoglobina sofrera modificações em pacientes com anemia falciforme, e que pacientes que eram propensos a este tipo de anemia, sem tê-la desenvolvido, tinham dois tipos de hemoglobina: modificada e não modificada. Esta publicação foi a primeira demonstração de que a hereditariedade mendeliana determinava as propriedades físicas específicas das proteínas e não apenas a sua presença ou ausência, marcando assim o primeiros passos da genética molecular.

Nos finais da década de 1950, Pauling começou a interessar-se pelo problema da poluição atmosférica e particularmente pelo fenómeno do smog, que tinha vindo a crescer na cidade de Los Angeles. Nesta época, a maioria dos cientistas pensavam que o smog se devia às emissões das refinarias e indústrias químicas. Graças aos trabalhos de Pauling, Arie Haagen-Smit e outros investigadores de Caltech, demonstrou-se que o principal responsável do smog eram as emissões dos automóveis. Pouco tempo depois desta descoberta, começou a trabalhar no desenvolvimento de um automóvel elétrico que fosse funcional, mas barato. Para isso, uniu os seus esforços com os engenheiros da empresa Eureka Williams, com vista ao desenvolvimento do primeiro automóvel eléctrico de velocidade controlável, o Henney Kilowatt. Depois de ter trabalhado no sistema de propulsão, Pauling demonstrou que os acumuladores clássicos não podiam proporcionar uma potência suficiente para fazer os motores eléctricos comparáveis aos motores de combustão interna. Também previu que o Henney Kilowatt seria pouco popular, devido à baixa velocidade que alcançava e à sua reduzida autonomia. Dirigiu-se, então, à empresa Eureka Williams para pedir que detivessem o projecto até que se desenvolvesse uma bateria mais potente. A empresa preferiu fazer o lançamento, que conduziu a um fracasso comercial.

Depois de ultrapassar os quarenta anos de idade, em 1941, Pauling descobriu que estava afectado por uma forma grave da doença de Bright, uma enfermidade renal potencialmente mortal, considerada incurável pela medicina da época. Com a ajuda do doutor Thomas Addis, de Stanford, Pauling conseguiu controlar a doença seguindo uma dieta pobre em proteínas e sem sal, algo fora do comum para a época. Addis também receitava a todos os seus pacientes maiores consumos de vitaminas e sais minerais e Pauling não foi uma excepção.

Em finais da década de 1950, Pauling investigou a acção das enzimas sobre as funções cerebrais. Pensava que as doenças mentais poderiam ser causadas, em parte, por disfunções enzimáticas. Quando em 1965 leu "A terapia de niacina em psiquiatria", publicação de Abram Hoffer, deu-se conta de que as vitaminas podiam ter importantes efeitos bioquímicos no organismo, para além dos relacionados com a prevenção de doenças provocadas por deficiência vitamínica. Em 1968, Pauling publicou na revista Science o seu mais importante artigo nesta área: "Psiquiatria ortomolecular [....]" (PMID 5641253), em que inventou a palavra ortomolecular para descrever o conceito de controlo da concentração dos compostos presentes no corpo humano, no sentido de prevenir e tratar doenças. As ideias aí apresentadas constituíram a base da Medicina Ortomolecular, fortemente criticada pelos profissionais da medicina tradicional.[

Nos anos seguintes, as investigações de Pauling sobre a vitamina C foram fonte de controvérsias, e alguns consideraram-nas fruto de charlatanismo.[11] Em 1966, Irwin Stone desenvolveu o conceito de cura à base de altas doses de vitamina C. Depois deste desenvolvimento, Pauling começou a tomar vários gramas da vitamina para prevenir os resfriados. Entusiasmado com os resultados, interessou-se pela literatura sobre o tema, e em 1970 publicou "Vitamin C and the Common Cold" ("A vitamina C e o resfriado comum"). No ano seguinte, Pauling iniciou uma extensa colaboração com o oncologista britânico Ewan Cameron,[12] trabalhando sobre o uso da vitamina C por via intravenosa ou por via oral em doentes de cancro em fase terminal.

Cameron e Pauling escreveram vários artigos e um livro de divulgação chamado "A vitamina C e o cancro", descrevendo as suas observações. Ainda que os resultados parecessem ser favoráveis, a campanha de publicidade negativa de que foi alvo, minou-lhe a credibilidade e as suas investigações durante muitos anos.

Desde as suas campanhas de luta contra os testes nucleares, na década de 1950, até às suas investigações em Biologia Ortomolecular, Pauling sempre esteve na corda bamba. Em 1985, Pauling ficou sem apoio, tanto financeiro institucional, como dos seus colegas. Não obstante, Pauling colaborou com o médico Abram Hoffer no desenvolvimento de uma dieta que incluía a vitamina C em altas doses, como um tratamento complementar contra o cancro.

A ideia que Pauling promoveu, de elevar as doses de vitamina C de forma prolongada para prevenir várias doenças, sempre foram causa de controvérsia (QuackWatch,[13] Plos,[14] WebMD[15]), não impedindo, no entanto, que estudos posteriores voltassem a abordar o tema. Alguns médicos foram chamados para uma reavaliação cuidadosa do papel da vitamina C,[16] especialmente na forma intravenosa para o tratamento do cancro,[17][18] que continua também a ser controverso[19] e alvo de novas investigações.[20]

Em 1973, Linus Pauling fundou, juntamente com dois colegas seus, o Instituto de Medicina Ortomolecular em Menlo Park. Este instituto, cujo nome foi alterado, de seguida, para Instituto Linus Pauling de Ciência e Medicina, Pauling continuou a dirigir investigações sobre a vitamina C, mas também manteve o seu interesse em trabalhos de química e física teórica, até à sua morte em 1994. Durante os seus últimos anos de vida, interessou-se particularmente no possível papel que a vitamina C teria na prevenção da arterioesclerose, tendo publicado três artigos sobre o uso da vitamina C e da lisina, usadas para o alívio da angina de peito. Em 1996, dois anos depois da sua morte, o instituto mudou as suas instalações para Corvallis (Oregon), para formar parte da Universidade Estadual do Oregon. No instituto realizam-se investigações sobre micronutrientes, fitonutrientes e outras maneiras de prevenir e tratar doenças através da dieta humana.