CHEMIENOBELPREIS 1954: LINUS CARL PAULING

Chemienobelpreis 1954: Linus Carl Pauling

 

Der Amerikaner erhielt den Nobelpreis für seine Forschungen über die Natur der chemischen Bindung und die Aufhellung der Struktur komplexer Substanzen.

 

 Biografie

 

Linus Carl Pauling, * Portland (Oregon) 28. 2. 1901, ✝ Big Sur (Kalifornien) 19. 8. 1994; 1929-64 Professor am California Institute of Technology in Pasadena, 1962 Friedensnobelpreis, 1963-67 Leiter des »Center for the Study of Democratic Institutions« in Santa Barbara (Kalifornien), 1969-74 Professor an der Stanford University, 1973 Gründer des »Linus Pauling Institute of Science and Medicine« in Palo Alto (Kalifornien).

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Ausgerechnet bei dem einzigen Menschen, der zweimal den Nobelpreis (Chemie 1954 und Frieden 1962) erhalten hat, ohne ihn mit Kollegen teilen zu müssen, schweigt sich das Nobelpreiskomitee weitgehend über die Gründe für die erste der beiden Auszeichnungen aus.»Für seine Arbeiten über die Natur der chemischen Bindung« heißt es da lapidar. Darüber aber haben sich Chemiker Gedanken gemacht, seit es diese Wissenschaft gibt. Und auch das Nobelpreiskomitee verlieh bereits 1966 erneut eine Auszeichnung mit ähnlicher Begründung an Robert Mulliken.

 

Der Grund für die Schweigsamkeit ist mit einem Satz erklärt: Linus Pauling hat sich um die quantenmechanische Interpretation der chemischen Bindung verdient gemacht. Quantenmechanik ist das Zauberwort der Chemie des gesamten 20. Jahrhunderts. Die Ergebnisse quantenmechanischer Berechnungen werden von praktisch allen Chemikern laufend benutzt. Wie die Quantenmechanik allerdings funktioniert und wie sich eine chemische Bindung genau berechnen lässt, das versteht fast niemand von denen, die mit eben diesen Ergebnissen arbeiten. Es verhält sich ähnlich wie bei einem Auto, das in Europa fast jeder Erwachsene bedienen kann, aber nur Mechaniker und Elektriker sowie der eine oder andere Ingenieur wissen, wie die Kraft exakt entsteht und übertragen wird, die das Gefährt vorantreibt.

 

Das Zauberwort der Quantenmechanik wiederum heißt Schrödinger-Gleichung. Sie geht auf den österreichischen Physiker Erwin Schrödinger zurück (Physiknobelpreis 1933), der in äußerst komplexen Operationen berechnete, wie sich kleine Teilchen als Wellen verhalten. Auch für die Prognose von einer der beiden grundlegenden chemischen Bindungsarten wendet man die Theorie der Quantenmechanik an. Während die eine Art der Bindung durch die Anziehungskraft zwischen elektrisch positiv und negativ geladenen Atomen zustande kommt, teilen sich bei dieser zweiten Art zwei Atome zwei Elektronen miteinander. Kovalente Bindung nennt der Chemiker diesen Vorgang, bei dem sich beide Atome zwei Elektronen teilen, sodass keines der Elektronen mehr dem einen oder anderen Atom zugeordnet werden kann.

 

 Die kovalente Bindung

 

Möglich wird eine solche Bindung durch eine Eigenschaft, die gerade bei Elektronen besonders stark ausgeprägt ist und die Werner Heisenberg 1932 den Nobelpreis für Physik einbrachte: Ein Elektron ist zwar eindeutig ein Teilchen, aber manche seiner Eigenschaften ähneln einer Welle, die wie zum Beispiel Licht an bestimmten spiegelnden Medien reflektiert oder gebrochen werden kann. Der zweite Begriff in diesem Zusammenhang ist ebenfalls mit dem Namen des deutschen Physikers untrennbar verbunden, die »Heisenberg'sche Unschärferelation«. Sie besagt, dass sich bei sehr kleinen Teilchen wie dem Elektron immer nur eine Eigenschaft genau bestimmen lässt, während die zweite ungenau bleibt. Misst man den Ort eines Elektrons genau, kann man seine Geschwindigkeit nicht exakt bestimmen — und umgekehrt.

 

Genau diese Eigenschaft aber ist für die kovalente Bindung wichtig. Kennt man die Geschwindigkeit eines Elektrons, kann man seinen Ort nur noch ungenau angeben. Ein Physiker kann in diesem Fall nur berechnen, in welchem Areal sich ein Elektron mit hoher Wahrscheinlichkeit finden wird. Die Größe dieses Raums hängt wiederum mit der Wahrscheinlichkeit zusammen: Bei 100-prozentiger Wahrscheinlichkeit umfasst der Raum den gesamten Kosmos. Er wird aber bei abnehmender Wahrscheinlichkeit dramatisch kleiner. Eine kovalente Bindung entsteht dann, wenn sich die Aufenthaltsräume von zwei zu verschiedenen Atomen gehörenden Elektronen teilweise überlappen. Dann können die Elektronen in diesem gemeinsamen Überlappungsraum beliebig zwischen beiden Atomen pendeln, sie gehören also gleichzeitig beiden Atomen. Anders formuliert: Es lässt sich nicht mehr unterscheiden, welches Elektron zu welchem Atom gehört. Demnach sind die beiden Atome fest miteinander verbunden und eine kovalente Bindung ist entstanden.

 

Selbst mithilfe der Schrödinger-Gleichung lässt sich eine solche Bindung nur für einen einzigen Fall berechnen: Wenn zwei Wasserstoffatome sich ein einziges Elektron teilen und so ein in der Realität kaum vorkommendes positiv geladenes Wasserstoffmolekül bilden. Für alle anderen chemischen Bindungen aber sind die Verhältnisse zu komplex, sodass ihnen nicht einmal mehr die komplizierte Schrödinger-Gleichung gerecht wird. Selbst für das einfachste Molekül in der realen Welt, den ungeladenen Wasserstoff, in dem sich zwei Wasserstoffatome zwei Elektronen teilen, müssen Chemiker Näherungen und Vereinfachungen einführen, um die Stärke und Form der entstehenden Bindung zu berechnen. Je größer die Moleküle werden, je mehr Elektronen beteiligt sind, umso schwieriger wird die Situation — immer mehr Näherungen werden nötig.

 

Je besser solche Näherungen sind, umso genauer werden die Rechnungen. Genau hier liegt das Verdienst von Linus Pauling: Er hat sehr viel dazu beigetragen, solche Näherungsmethoden zu entwickeln und diese äußerst geschickt genutzt, um chemische Bindungen zu berechnen. Vor allem hat Linus Pauling auch komplizierte Verbindungen wie Proteine mit diesen Methoden durchleuchtet. Solche Substanzen besitzen tausende von Atomen und benötigen daher entsprechend viele Näherungen. Obendrein sind Paulings Näherungen so einleuchtend, dass jeder Chemiker sie problemlos anwenden kann.

 

 Ein weites Forschungsfeld

 

Paulings wissenschaftliches Interesse galt keineswegs nur abstrakten Berechnungen, sondern war breit gestreut. Seine mehr als 350 Veröffentlichungen behandeln die unterschiedlichsten Themen — von der Struktur der Metalle bis zu den Eigenschaften des Blutfarbstoffs Hämoglobin. Einer breiten Öffentlichkeit wurde Pauling jedoch wegen seines Engagements für den Frieden und wegen seiner Theorien über gesunde Ernährung bekannt. Seit Ende der 1960er-Jahre vertrat er die These, dass hohe Dosen von Vitamin C nicht nur Erkältungen, sondern auch Krebs vorbeugen könnten. Dass Vitamine gesund sind, bestritt zwar damals niemand, Paulings Dosierungsvorschläge ernteten in der Fachwelt jedoch belustigtes Kopfschütteln. Unbeirrt nahm der Chemiker selbst täglich 10 000 Milligramm Vitamin C zu sich — das entspricht mehr als dem 100fachen der von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung empfohlenen Menge. Nach seinem 90. Geburtstag steigerte er die Dosis sogar auf 18 000 Milligramm, ergänzt durch eine Kombination anderer Vitamine. Dennoch erlag der Wissenschaftler 93-jährig einem Krebsleiden. Doch behauptete er bis zum Schluss, dass er ohne seine Vitaminkur schon 20 Jahre früher erkrankt wäre.