Linus Carl Pauling

Giáo sư hoá học Linus Carl Pauling, năm 1962

Linus Carl Pauling (1901-1994) là một nhà hoá học người Mỹ.

Tiểu sử

Linus Carl Pauling, nguời Mỹ, sinh ngày 28.2.1901 tại Porland, Oregon, là con trai của một dược sĩ làng, ông Herman Henry William Pauling và mẹ là bà Lucy Isabelle có nguồn gốc là người Anh - Bắc Ailen. Thời niên thiếu, cuộc sống của gia đình khá vất vả vì ông bố thường xuyên đau ốm và công việc kinh doanh không thuận lợi nên cậu rất có ý thức học tập và lao động thêm để phụ giúp mẹ.

Khi lên trung học, Linus được giới thiệu đến học ở Đại học Nông nghiệp Oregon tại Corvallis. Tại đây, ông nhận bằng kỹ sư hóa học năm 1922. Sau đó tiếp tục học lên tại Học viện Kỹ thuật California, đến năm 1925, Pauling nhận đồng thời bằng tiến sỹ hóa lý và tiến sỹ toán lý. Hai năm sau, ông trở thành trợ giảng môn hóa học lý thuyết tại đây. Ngay từ năm 1919, Pauling đã bắt tay vào nghiên cứu thuộc lĩnh vực cấu trúc phân tử và bản chất của liên kết hóa học trên cơ sở công trình của Iving Langmuir trong sự ứng dụng học thuyết Lewis về sự góp chung đôi electron để hình thành liên kết giữa các nguyên tử. Năm 1921, Pauling đã thành công khi thực hiện thí nghiệm định lượng hạt nhân sắt bởi từ trường nam châm.

Cùng với GS. Dickinson, từ năm 1922, Pauling bắt đầu xác định cấu trúc của một vài tinh thể và nghiên cứu về bản chất của liên kết hóa học. Năm 1932, Pauling đăng một bài viết chi tiết về sự lai hóa orbital và phân tích cấu trúc tứ diện của nguyên tử carbon. Cùng năm, ông công bố khái niệm về độ âm điện và thang độ âm điện để từ đó có thể dự đoán bản chất của liên kết hóa học (là liên kết ion hay cộng hóa trị). Đồng thời, ông cũng xuất bản các công trình về cấu trúc hạt nhân nguyên tử.

Như một nhà hóa sinh, Pauling nghiên cứu tinh thể học bằng phương pháp nhiễu xạ tia X và dựng các mô hình tinh thể và cấu trúc protein. Nhờ đó, Rosalind Frankin, James Watson và Francis Crick đã áp dụng thành công để khám phá ra cấu trúc chuỗi xoắn kép phân tử AND.

Trong suốt thời gian chiến tranh thế giới thứ hai, Pauling nghiên cứu phục vụ quân đội và ông nhận thấy sự nguy hiểm của vũ khí hạt nhân. Vợ ông, bà Eva Helen Pauling cũng có đồng quan điểm với ông nên cả hai ông bà đều bày tỏ thái độ cương quyết bài trừ vũ khí hạt nhân. Năm 1962, Pauling nhận giải Nobel lần thứ Hai về Hòa bình.

Trong suốt quá trình hoạt động khoa học, GS. Pauling được bổ nhiệm vào nhiều chức vụ quan trọng như: Thành viên của Viện Nghiên cứu Kỹ thuật California năm 1925, Viện Nghiên cứu Hóa học Quốc gia năm 1925 - 1926, Ông là người đầu tiên nhận giải thưởng của Hội Hóa học Mỹ, giải Langmuir. Pauling đảm nhiệm chủ tịch Hội Hóa học Phân tích và Công nghệ Hóa học, là giám đốc các phòng thí nghiệm hóa học Gates và Crellin từ năm 1936 đến 1958.

Pauling còn là tác giả của của nhiều cuốn sách nổi tiếng như: Bản chất của liên kết hóa học (1939, 1949, 1960), Hóa học đại cương (1947, 1953) được dịch ra 9 thứ tiếng, Đừng chiến tranh nữa (1958, 1959, 1962), Làm thế nào để sống lâu hơn và hạnh phúc hơn (1986).

Các công trình nghiên cứu của ông rất phong phú thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau đã lên tới con số 350, chứng tỏ sự uyên bác của ông. Tên của ông cũng được đặt cho nhiều địa danh như: Phố Pauling ở Foothill Ranch, California, Trường Trung học Linus Pauling ở Corvallis, Oregon, sân bay Pauling ở Condon, Oregon…

Năm 1923, Pauling lập gia đình và có 4 người con, trong đó Peter Jeffress (1921-2003) là nhà tinh thể học và giảng viên Đại học; Edward Crelin (1937-1997), là GS sinh học của Đại học Tổng hợp Quốc gia Francisco.

Ông qua đời ngày 19 tháng 8 năm 1994 vì ung thư tuyến tiền liệt, hưởng thọ 93 tuổi.

Công trình được giải Nobel hoá học

Giai Nobel Hóa học năm 1954 được Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển trao cho GS. Linus Carl Pauling, người Mỹ, Học viện Kỹ thuật California (Caltech) do “Nghiên cứu bản chất liên kết hóa học và dùng để giải thích cấu trúc các hợp chất phức tạp”.

Bản chất về liên kết hóa học là sự mở đầu cho lý thuyết hiện đại và rất nhiều sự đóng góp của ông cho khoa học như sự lai hóa orbital, độ âm điện đã trở thành một phần không thể thiếu của hóa học hiện đại ngày nay.

Đầu thế kỷ hai mươi, năm 1908, nhà khoa học Anh Dalton nhờ nghiên cứu định lượng các nguyên tử trong hợp chất, đã đưa ra giả thuyết nguyên tử được phát triển thành học thuyết nguyên tử mới với nội dung: Các nguyên tố được cấu tạo bằng nguyên tử là những phần không thể phân chia được trong các phản ứng hóa học. Tính chất đặc trưng quan trọng nhất của nguyên tử là có khối lượng không đổi trong các phản ứng hóa học.

Ngay sau khi thuyết nguyên tử ra đời, các nhà hóa học thời đó đã tìm cách giải thích các lực đã liên kết các nguyên tử lại với nhau. Theo Berzelius, người Thụy Điển, liên kết hóa học là do sức hút tĩnh điện giữa các nguyên tử. Đến năm 1919, ông đã áp dụng lý thuyết này để giải thích các hợp chất vô cơ và đã có những thành công đáng kể, đặc biệt đối với các muối đơn. Tuy nhiên, ngay trong các hợp chất vô cơ ông cũng gặp một số khó khăn. Để giải thích có sự hút giữa các nguyên tử, một nguyển tử phải dương còn nguyên tử kia phải âm. Vậy phải giải thích thế nào khi hai nguyên tử hydro hợp thành phân tử? Đối với các hợp chất hữu cơ việc áp dụng thuyết Berzelius, nhất là khi số chất hữu cơ ngày càng nhiều lên, đã lâm vào bế tắc.

Quả vậy, liên kết mà Berzelius đề xuất chỉ đúng cho dạng liên kết ion. Còn có nhiều dạng liên kết khác nữa, trong đó đáng kể là liên kết cộng hóa trị. Người đầu tiên khám phá ra liên kết này là nhà hóa học nổi tiếng Mỹ G. Lewis năm 2016. Dựa trên cơ sở của lý thuyết lượng tử năm 1927, Heitler và London, người Đức đã giải thích thành công dạng liên kết này. Tuy nhiên, phép tính cũng chỉ chính xác đối với phân tử đơn giản như H2. Đối với các phân tử phức tạp, do sự khó khăn về mặt toán học, người ta phải áp dụng phương pháp tính gần đúng.

Pauling phát triển lý thuyết liên kết hóa học dựa trên cơ sở thuyết lượng tử có tên là thuyết liên kết hóa trị, gọi tắt là thuyết VB (Valence bond). Luận điểm cơ bản của thuyết VB là khi tạo thành phân tử, các nguyên tử vẫn giữ nguyên cấu trúc electron của mình và liên kết được hình thành nhờ sự góp chung đôi electron.

Những đóng góp rất cơ bản về bản chất của liên kết hóa học và ứng dụng to lớn của lý thuyết này trong việc giải thích cấu trúc các chất phức tạp đã mang đến cho ông giải Nobel Hóa học năm 1954. Linus Carl Pauling đã đuợc tạp chí New Scientist bình chọn là một trong 20 nhà khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại.

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Quốc Tín, Các nhà Hoá học được giải Nobel, Nxb. Giáo dục 2012.
2. P.T. Cleve, Les Prix Nobel en 1901, Nxb. Royale, Stockholm 1904.
3. Hager, Thomas, Linus Pauling and the Chemistry of Life, Nxb. Oxford University Press. 1998.