J'ai quelque chose que j'appelle ma Règle d'Or. Cela ressemble à peu près à ceci : « Fais aux autres vingt-cinq pour cent mieux que tu t'attends à ce qu'ils te fassent. » … Les vingt-cinq pour cent, c'est pour l'erreur.
Linus Carl Pauling était un chimiste américain, biochimiste, ingénieur chimiste, militant pour la paix, auteur et éducateur. Il a publié plus de 1 200 articles et livres, dont environ 850 traitaient de sujets scientifiques. New Scientist l'a appelé l'un des 20 plus grands scientifiques de tous les temps, et en 2000, il a été classé comme le 16e scientifique le plus important de l'histoire. Pour ses travaux scientifiques, Pauling a reçu le prix Nobel de chimie en 1954. Pour son activisme pour la paix, il a reçu le prix Nobel de la paix en 1962. Il est l'un des quatre individus à avoir remporté plus d'un prix Nobel, les autres étant Marie Curie, John Bardeen et Frederick Sanger. Parmi ceux-ci, il est la seule personne à avoir reçu deux prix Nobel non partagés, et l'une des deux personnes à être récompensées par des prix Nobel dans des domaines différents, l'autre étant Marie Curie. Il était marié à la militante américaine des droits humains Ava Helen Pauling.
Pauling a été l'un des fondateurs des domaines de la chimie quantique et de la biologie moléculaire. Ses contributions à la théorie de la liaison chimique incluent le concept d'hybridation orbitale et la première échelle précise des électronégativités des éléments. Pauling a également travaillé sur les structures des molécules biologiques et a montré l'importance de l'hélice alpha et du feuillet bêta dans la structure secondaire des protéines. L'approche de Pauling a combiné des méthodes et des résultats de la cristallographie aux rayons X, de la construction de modèles moléculaires et de la chimie quantique. Ses découvertes ont inspiré les travaux de James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin sur la structure de l'ADN, ce qui a permis aux généticiens de décoder l'ADN de tous les organismes.
Au cours de ses dernières années, il a promu le désarmement nucléaire, ainsi que la médecine orthomolculaire, la thérapie mégavitaminique et les suppléments alimentaires. Aucun de ces derniers n'a reçu beaucoup d'acceptation de la part de la communauté scientifique dominante.
Enfance et éducation
Linus Carl Pauling est né le 28 février 1901, à Portland, en Oregon, premier-né d'Herman Henry William Pauling (1876–1910) et de Lucy Isabelle « Belle » Darling (1881–1926). Il a été nommé « Linus Carl » en l'honneur du père de Lucy, Linus, et du père d'Herman, Carl. Son père était allemand tandis que sa mère était anglaise.
En 1902, après la naissance de sa sœur Pauline, les parents de Pauling ont décidé de quitter Portland pour trouver des logements plus abordables et spacieux que leur appartement d'une pièce. Lucy est restée chez les parents de son mari à Lake Oswego jusqu'à ce qu'Herman amène la famille à Salem, où il a brièvement travaillé comme représentant itinérant pour la Skidmore Drug Company. Un an après la naissance de Lucile en 1904, Herman Pauling a déménagé sa famille à Lake Oswego, où il a ouvert sa propre pharmacie. Il a déménagé sa famille à Condon, en Oregon, en 1905. En 1906, Herman Pauling souffrait de douleurs abdominales récurrentes. Il est décédé d'un ulcère perforé le 11 juin 1910, laissant Lucy s'occuper de Linus, Lucile et Pauline.
Pauling attribue son intérêt pour devenir chimiste au fait d'avoir été émerveillé par des expériences menées par un ami, Lloyd A. Jeffress, qui avait un petit kit de laboratoire de chimie. Il a écrit plus tard : « J'étais simplement enchanté par les phénomènes chimiques, par les réactions dans lesquelles des substances, souvent aux propriétés très différentes, apparaissent ; et j'espérais en apprendre de plus en plus sur cet aspect du monde. »
Au lycée, Pauling a mené des expériences de chimie en récupérant des équipements et des matériaux dans une aciérie abandonnée. Avec un ami plus âgé, Lloyd Simon, Pauling a créé Palmon Laboratories dans le sous-sol de Simon. Ils ont approché les laiteries locales en proposant d'effectuer des échantillonnages de matière grasse de beurre à bas prix, mais les producteurs de lait se méfiaient de confier la tâche à deux garçons, et l'entreprise s'est soldée par un échec.
À l'âge de 15 ans, l'étudiant en dernière année du lycée avait suffisamment de crédits pour entrer à l'Oregon State University (OSU), connue à l'époque sous le nom d'Oregon Agricultural College. N'ayant pas suivi deux cours d'histoire américaine requis pour son diplôme d'études secondaires, Pauling a demandé au directeur de l'école s'il pouvait suivre les cours simultanément au cours du semestre de printemps. Refusé, il a quitté Washington High School en juin sans diplôme. L'école lui a décerné un diplôme honorifique 45 ans plus tard, après qu'il ait reçu deux prix Nobel.
Pauling a occupé un certain nombre d'emplois pour gagner de l'argent pour ses futures dépenses universitaires, notamment en travaillant à temps partiel dans une épicerie pour 8 dollars par semaine (équivalent à 190 dollars en 2019). Sa mère a arrangé une entrevue avec le propriétaire d'un certain nombre d'usines de fabrication à Portland, M. Schwietzerhoff, qui l'a embauché comme apprenti mécanicien avec un salaire de 40 dollars par mois (équivalent à 940 dollars en 2019). Cela a bientôt augmenté à 50 dollars par mois. Pauling a également créé un laboratoire de photographie avec deux amis. En septembre 1917, Pauling a finalement été admis par l'Oregon State University. Il a immédiatement démissionné de son emploi de mécanicien et a informé sa mère, qui ne voyait pas l'intérêt d'une éducation universitaire, de ses plans.
Études supérieures
Au cours de son premier semestre, Pauling s'est inscrit à deux cours de chimie, deux de mathématiques, du dessin mécanique, une introduction à l'exploitation minière et à l'utilisation d'explosifs, de la prose anglaise moderne, de la gymnastique et du forage militaire. Il était actif dans la vie du campus et a fondé le chapitre de son école de la fraternité Delta Upsilon. Après sa deuxième année, il prévoyait de prendre un emploi à Portland pour aider à soutenir sa mère. L'université lui a offert un poste d'enseignant en analyse quantitative, un cours qu'il venait de terminer. Il travaillait quarante heures par semaine au laboratoire et en classe et gagnait 100 dollars par mois (équivalent à 1 300 dollars en 2019), ce qui lui a permis de poursuivre ses études.
Au cours de ses deux dernières années à l'école, Pauling a pris conscience des travaux de Gilbert N. Lewis et Irving Langmuir sur la structure électronique des atomes et leur liaison pour former des molécules. Il a décidé de concentrer sa recherche sur la façon dont les propriétés physiques et chimiques des substances sont liées à la structure des atomes dont elles sont composées, devenant ainsi l'un des fondateurs de la nouvelle science de la chimie quantique.
Le professeur d'ingénierie Samuel Graf a sélectionné Pauling pour être son assistant pédagogique dans un cours de mécanique et de matériaux. Au cours de l'hiver de sa dernière année, Pauling a enseigné un cours de chimie pour les majors en économie domestique. C'est dans l'une de ces classes que Pauling a rencontré sa future femme, Ava Helen Miller.
En 1922, Pauling a obtenu son diplôme de l'Oregon State University (connue à l'époque sous le nom d'Oregon Agricultural College) avec un diplôme en génie chimique. Il a poursuivi ses études supérieures au California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena, en Californie, sous la direction de Roscoe Dickinson et Richard Tolman. Ses recherches pour son doctorat impliquaient l'utilisation de la diffraction des rayons X pour déterminer la structure des cristaux. Il a publié sept articles sur la structure cristalline des minéraux alors qu'il était au Caltech. Il a reçu son doctorat en chimie physique et physique mathématique, summa cum laude, en 1925.
Carrière
En 1926, Pauling a reçu une bourse Guggenheim pour voyager en Europe afin d'étudier sous le physicien allemand Arnold Sommerfeld à Munich, le physicien danois Niels Bohr à Copenhague et le physicien autrichien Erwin Schrödinger à Zurich. Les trois étaient des experts dans le nouveau domaine de la mécanique quantique et d'autres branches de la physique. Pauling s'est intéressé à la façon dont la mécanique quantique pourrait être appliquée dans son domaine de prédilection, la structure électronique des atomes et des molécules. À Zurich, Pauling a également été exposé à l'une des premières analyses mécaniques quantiques de la liaison dans la molécule d'hydrogène, effectuée par Walter Heitler et Fritz London. Pauling a consacré les deux ans de son voyage en Europe à ce travail et a décidé d'en faire l'objet de sa future recherche. Il est devenu l'un des premiers scientifiques du domaine de la chimie quantique et un pionnier dans l'application de la théorie quantique à la structure des molécules.
En 1927, Pauling a pris un nouveau poste de maître de conférences à Caltech en chimie théorique. Il a lancé sa carrière universitaire avec cinq ans très productifs, poursuivant ses études de cristal aux rayons X et effectuant également des calculs mécaniques quantiques sur les atomes et les molécules. Il a publié environ cinquante articles au cours de ces cinq ans et a créé les cinq règles maintenant connues sous le nom de règles de Pauling. En 1929, il a été promu professeur associé, et en 1930, professeur titulaire. En 1931, la Société chimique américaine a décerné à Pauling le prix Langmuir pour le travail le plus significatif en science pure par une personne de 30 ans ou moins. L'année suivante, Pauling a publié ce qu'il considérait comme son article le plus important, dans lequel il a d'abord exposé le concept d'hybridation des orbitales atomiques et analysé la tétravalence de l'atome de carbone.
À Caltech, Pauling a noué une amitié étroite avec le physicien théoricien Robert Oppenheimer, qui passait une partie de son calendrier de recherche et d'enseignement loin de l'UC Berkeley à Caltech chaque année. Pauling a également été affilié à UC Berkeley en tant que conférencier visiteur en physique et chimie de 1929 à 1934. Oppenheimer a même offert à Pauling une magnifique collection personnelle de minéraux. Les deux hommes ont prévu de monter une attaque conjointe sur la nature de la liaison chimique : apparemment, Oppenheimer fournirait les mathématiques et Pauling interpréterait les résultats. Leur relation s'est détériorée lorsqu'Oppenheimer a tenté de séduire la femme de Pauling, Ava Helen. Quand Pauling était au travail, Oppenheimer s'est présenté à leur maison et a brusquement lancé une invitation à Ava Helen pour qu'elle le rejoigne pour une rencontre galante au Mexique. Elle a catégoriquement refusé et a signalé l'incident à Pauling. Il a immédiatement rompu sa relation avec Oppenheimer.
À l'été 1930, Pauling a fait un autre voyage en Europe, au cours duquel il a appris la diffraction des électrons en phase gazeuse auprès de Herman Francis Mark. À son retour, il a construit un instrument de diffraction des électrons au Caltech avec l'un de ses étudiants, Lawrence Olin Brockway, et l'a utilisé pour étudier la structure moléculaire d'un grand nombre de substances chimiques.
Pauling a introduit le concept d'électronégativité en 1932. En utilisant diverses propriétés des molécules, telles que l'énergie requise pour rompre les liaisons et les moments dipolaires des molécules, il a établi une échelle et une valeur numérique associée pour la plupart des éléments – l'échelle d'électronégativité de Pauling – qui est utile pour prédire la nature des liaisons entre les atomes dans les molécules.
En 1936, Pauling a été promu président de la Division de chimie et d'ingénierie chimique à Caltech, et au poste de directeur des laboratoires de chimie Gates et Crellin. Il occupera ces deux postes jusqu'en 1958. Pauling a également passé une année en 1948 à l'Université d'Oxford en tant que professeur visiteur George Eastman et membre de Balliol.
Nature de la liaison chimique
À la fin des années 1920, Pauling a commencé à publier des articles sur la nature de la liaison chimique. Entre 1937 et 1938, il a occupé un poste de conférencier non résident en chimie George Fischer Baker à l'Université Cornell. Alors qu'il était à Cornell, il a prononcé une série de dix-neuf conférences et a achevé l'essentiel de son célèbre manuel « The Nature of the Chemical Bond ». C'est principalement sur la base de son travail dans ce domaine qu'il a reçu le prix Nobel de chimie en 1954 « pour ses recherches sur la nature de la liaison chimique et son application à l'élucidation de la structure de substances complexes ». Le livre de Pauling a été considéré comme « le livre de chimie le plus influent de ce siècle et sa bible pratique ». Au cours des 30 ans suivant la publication de sa première édition en 1939, le livre a été cité plus de 16 000 fois. Même aujourd'hui, de nombreux articles scientifiques modernes et articles dans des revues importantes citent ce travail, plus de soixante-dix ans après la première publication.
Une partie du travail de Pauling sur la nature de la liaison chimique a mené à son introduction du concept d'hybridation orbitale. Bien qu'il soit normal de penser que les électrons dans un atome sont décrits par des orbitales de types tels que s et p, il s'avère que pour décrire les liaisons dans les molécules, il est préférable de construire des fonctions qui participent à certaines des propriétés de chacun. Ainsi, une orbitale 2s et trois orbitales 2p dans un atome de carbone peuvent être mathématiquement « mélangées » ou combinées pour créer quatre orbitales équivalentes appelées orbitales hybrides sp3, qui seraient les orbitales appropriées pour décrire les composés de carbone tels que le méthane, ou l'orbitale 2s peut être combinée avec deux des orbitales 2p pour créer trois orbitales équivalentes appelées orbitales hybrides sp2, avec l'orbitale 2p restante non hybridée, qui seraient les orbitales appropriées pour décrire certains composés de carbone insaturés tels que l'éthylène. D'autres schémas d'hybridation se trouvent également dans d'autres types de molécules. Un autre domaine qu'il a exploré était la relation entre la liaison ionique, où les électrons sont transférés entre les atomes, et la liaison covalente, où les électrons sont partagés entre les atomes de manière égale
