Biografia
Clemens Winkler nasceu em 1838 em Freiberg, então no Reino da Saxónia, no seio de uma família ligada à química e à mineralogia. Foi o segundo filho mais velho entre os três filhos e três filhas do metalúrgico e químico Kurt Alexander Winkler e da sua esposa Elmonde Winkler, nascida Schramm. O pai tinha estudado química com Jöns Jacob Berzelius. Era sobrinho do mineralogista August Breithaupt e primo do geólogo Hermann Theodor Breithaupt. O seu padrinho foi o químico Ferdinand Reich. O químico Ferdinand Bischoff era seu cunhado.
Depois de receber inicialmente aulas particulares em Freiberg com os seus irmãos, ingressou no Gymnasium (escola preparatória) de Freiberg aos doze anos, de onde se transferiu para a Realschule (escola secundária) de Dresden e, passados dois anos, para a escola profissional de Chemnitz (Gewerbeschule Chemnitz). Após a sua passagem pela escola profissional de Chemnitz (1853–1856), iniciou os seus estudos na Freiberger Bergakademie, a Academia de Minas de Freiberg (hoje a Universidade de Mineração e Tecnologia de Freiberg), que frequentou de 1857 a 1859, mas interrompeu os estudos a pedido do pai, que se encontrava gravemente doente. Na Freiberger Bergakademie, o seu conhecimento de química analítica superou o que lhe era ensinado. Dezasseis anos depois, Winkler seria nomeado professor de tecnologia química e química analítica naquela Universidade.
Quando interrompeu os estudos em 1859, inicialmente trabalhou como químico nas fábricas de pigmentos azuis Blaufarbenwerk Oberschlema, em Bad Schlema, ao tempo o maior produtor mundial de azul-cobalto. Após a morte do pai, em 1862, transferiu-se para a Nickelhütte Aue (em Niederpfannenstiel, nos arredores de Aue (Saxónia)). Em Pfannenstiel, casou com Minna Pohl, casamento de que nasceram quatro filhos e duas filhas. Nos dois anos seguintes, publicou nove artigos científicos e, em 1864, doutorou-se na Universidade de Leipzig com a dissertação intitulada Ueber Siliciumlegirungen und Siliciumarsenmetalle (Sobre Ligas de Silício e Metais de Silício-Arsénio). No mesmo ano, tornou-se gerente da fundição na Blaufarbenwerk Niederpfannenstiel, uma fábrica de pigmentos azuis de cobalto.
No período em que geriu a fundição da Blaufarbenwerk Niederpfannenstiel, Winkler teve tempo para se dedicar às suas próprias experiências: investigou as reações do elemento índio, que o seu padrinho e antigo professor Ferdinand Reich descobrira, e determinou o seu peso atómico, verificou a sua divalência e sintetizou uma variedade de sais daquele elemento. Determinou também os pesos atómicos do níquel e do cobalto.
Por recomendação de Hermann Kolbe, Clemens Winkler foi nomeado em 1873 para suceder a Theodor Scheerer como professor de química inorgânica na Academia de Minas de Freiberg, embora não tivesse anteriormente exercido qualquer atividade de ensino académico, já que ao tempo era mestre de fundição. Nas suas novas funções, os primeiros trabalhos que realizou foram sobre a análise química de minerais. Nesta fase foi inovador ao utilizar a eletroanálise para a determinação do peso dos metais. Em 1898, Winkler introduziu o elétrodo de malha de fio de platina, pelo que é considerado um dos fundadores da electroanálise.
Apesar de em 1831, Peregrine Phillips, em Inglaterra, ter registado uma patente para a produção de ácido sulfúrico a partir de dióxido de enxofre por contacto com platina, Winkler desenvolveu uma técnica que utiliza amianto platinizado para o mesmo fim e obteve um rendimento muito elevado de ácido sulfúrico. Em 1876, foi construída uma fábrica de ácido sulfúrico perto de Freiberg. Winkler foi um dos fundadores deste método de contacto e reconheceu o arsénio como um inibidor que prejudicava o efeito do catalisador. Mais tarde, o químico da BASF, Rudolf Knietsch, desenvolveu ainda mais o processo, o qual ganhou reconhecimento mundial.
Winkler melhorou os métodos de análise de gases que haviam sido propostos por Robert Bunsen e simplificou-os a tal ponto que encontraram uma vasta aplicação na indústria. Com este objetivo desenvolveu a bureta de gás, uma bureta destinada à análise de gases que tem o seu nome e, juntamente com o químico Walther Hempel, é considerado um dos fundadores da análise técnica de gases.
Já na década de 1880, Clemens Winkler abordava a questão de saber se a queima em massa de carvão, que já ocorria nessa altura, levaria a um aumento do dióxido de carbono na atmosfera da Terra. Concluiu, erradamente, que o efeito não seria relevante, embora tenha falado de uma era da combustão.
A contribuição mais significativa de Winkler para a ciência foi a descoberta do elemento germânio a 6 de fevereiro de 1886. Ao analisar um mineral raro, a argirodite, verificou que este era composto por aproximadamente 75% de prata, 17% de enxofre e pequenas quantidades (cerca de 1% no total) de ferro, mercúrio e zinco. A partir desta composição ponderal concluiu que faltavam 7 % da massa do mineral, o que levou a suspeitar da presença na amostra de um elemento químico desconhecido. Após vários meses de trabalho, Winkler conseguiu finalmente isolar um novo elemento recorrendo à digestão de Freiberg (ou exposição sulfurizante), a que deu o nome de germânio, em analogia à nomenclatura dos elementos gálio e escândio. A sua descoberta confirmou os fundamentos teóricos de Dmitri Mendeleiev, que tinha previsto a existência de um elemento com estas propriedades, a que chamara eka-silício. Em 1894, encontrou-se pela primeira vez com Mendeleiev, com quem mantinha correspondência desde 1886.
Entre 1896 e 1899, Winkler desempenhou as funções de diretor da Academia de Minas de Freiberg, tendo recusado convites para outras universidades. Em 1902, Winkler renunciou à sua cátedra por motivos de doença. Morreu em Dresden dois anos depois, vítima de carcinoma, aos 65 anos de idade.
Clemens Winkler era membro do Weinheimer Senioren-Convent do Corps Franconia Fribergensis. Está sepultado no Trinitatisfriedhof em Dresden. Winkler escrevia poesia e os seus talentos estendiam-se à execução de vários instrumentos musicais.
Clemens Winkler juntou algumas das suas preparações químicas, incluindo intermediários na descoberta do germânio, a uma coleção que tinha começado. Esta coleção de preparações químicas inorgânicas inclui também alguns objetos feitos especificamente para fins didáticos. A Coleção Clemens Winkler está a ser digitalizada desde 2022, e a versão atual pode ser consultada por via digital.
Descoberta do germânio
Em 1886, Winkler recebeu um novo mineral da mina de Himmelsfürst, perto de Freiberg. O mineral, denominado argirodite, revelou conter prata e enxofre. Ao analisá-lo posteriormente, Winkler verificou que os componentes individuais representavam apenas cerca de 93-94 % da massa total, o que o levou a suspeitar da presença de um novo elemento químico, até então desconhecido. Após várias etapas de purificação química ao longo de vários meses, Winkler isolou o germânio puro a 6 de fevereiro de 1886 e publicou os seus resultados. O mineral argirodite, que foi o ponto de partida para Winkler na descoberta do germânio, é hoje conhecido como um sulfureto duplo com fórmula GeS2·4Ag2S.
Para inserir o germânio na tabela periódica, Dimitri Mendeleiev sugeriu que poderia ser o eka-cádmio, um elemento que tinha previsto anteriormente. Em contraste, Lothar Meyer preferiu identificar o germânio com o eka-silício, um elemento previsto diferente. Winkler isolou mais material puro e acabou por obter quantidade suficiente para medir algumas das suas propriedades físicas e químicas. Os seus resultados mostraram inequivocamente que a interpretação de Meyer estava correta e que quase todas as propriedades do novo elemento correspondiam às previsões de Dimitri Mendeleiev. A grande semelhança entre o que tinha sido previsto para o eka-silício e o que foi encontrado para o germânio foi uma clara evidência da utilidade e do poder da tabela periódica e do conceito de periodicidade.
Outros contributos
Para além de isolar e estudar o germânio, Winkler investigou a análise de gases. Publicou em 1885 um livro sobre o assunto, Lehrbuch der technischen Gasanalyse (Manual de Análise Técnica de Gases). Nesse livro, Winkler descreve a sua invenção da torneira de três vias, ainda hoje conhecida como válvula Winkler. Previu a existência do monóxido de silício (SiO) e foi o primeiro a tentar produzi-lo aquecendo sílica com silício em 1890. No entanto, não teve sucesso porque não conseguiu aquecer a mistura a uma temperatura suficientemente elevada utilizando um forno de combustão. Como não ocorreu qualquer reação, Winkler concluiu erradamente que o SiO não existia, embora tivesse sido relatado que se tinha formado a partir da redução da sílica com carvão vegetal três anos antes por Charles F. Maybery (1850-1927). Contudo, Henry Noel Potter, um engenheiro da Westinghouse, repetiu a experiência de Winkler quinze anos depois com um forno elétrico, o que lhe permitiu aumentar a temperatura da reação em várias centenas de graus e observar a geração de SiO.
