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 den Friedensnobelpreis rückwirkend für das Jahr 1962 als besondere Auszeichnung für seinen Einsatz gegen Kernwaffentests. Pauling ist damit neben der Physikerin und Chemikerin Marie Curie der bislang einzige Träger zweier Nobelpreise unterschiedlicher Kategorien.
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 und 1909 von einer Stadt in die andere und kehrte im letzten Jahr wieder mit ihr nach Portland zurück. 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. 1910 starb sein Vater an einem durchgebrochenen Magengeschwür und hinterließ eine Frau mit Existenzsorgen und nunmehr drei Halbwaisen.
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 unitarisch-universalistischen Kirche bei. Als ihr Mitglied bekannte er sich zwei Jahre vor seinem Tod öffentlich als Atheist.
Bereits mit 16 Jahren schrieb Pauling sich 1917 im Oregon Agricultural College (OAC) ein, der heutigen Oregon State University. Er belegte die Fächer Mathematik, Physik sowie Chemie und 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.
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 OAC als Bachelor in chemical engineering ab und begann ein Aufbaustudium in Chemie 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 wollte nun sehen, ob sie ihm beim Verständnis seines Fachgebietes – der Elektronenstruktur von Atomen und Molekülen – weiterhelfen konnte.
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 Röntgenbeugungsuntersuchungen 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 und stimmt im Großen und Ganzen mit Paulings überein. Die Pauling-Skala wird jedoch häufiger wissenschaftlich zitiert.)
Arbeiten über chemische Bindungen
Ende der 1920er-Jahre begann Pauling mit der Veröffentlichung von Aufsätzen über die Natur chemischer 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 seinen Arbeiten veröffentlichte Pauling das Konzept der Hybridisierung. Üblicherweise werden die Elektronen eines Atoms als auf verschiedenen Atomorbitalen (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 können 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.