Nach seinen Studien an der Chemnitzer Gewerbeschule (1853-56) und an der Freiberger Bergakademie (1857-59) arbeitete Clemens Winkler zunächst in verschiedenen Blaufarbenfabriken. 1864 promovierte er an der Universität Leipzig über die Verbindungen des Siliziums; im gleichen Jahr wurde er Hüttenmeister im Blaufarbenwerk Niederpfannenstiel.
1873 wurde er als Professor für anorganische Chemie an die Bergakademie Freiberg berufen. Dort entwickelte er u.a. ein Kontaktverfahren zur Herstellung konzentrierter Schwefelsäure, das später durch den BASF-Chemiker Rudolf Knietsch weiterentwickelt wurde und weltweite Anerkennung fand.
Die bedeutendste Leistung Clemens Winklers war jedoch die Entdeckung des Elementes Germanium am 6. Februar1886. Bei der Analyse des seltenen Minerals Argyrodit fand er heraus, dass dieses zu ca. 75 Prozent aus Silber, zu 17 Prozent aus Schwefel und zu geringen Anteilen (insgesamt ca. 1 Prozent) aus Eisen, Quecksilber und Zink bestand. Nun fehlten noch sieben Prozent zum Ganzen. Nach mehrmonatiger Arbeit konnte Winkler schließlich ein völlig neues Element isolieren, dem er aus Patriotismus den Namen Germanium gab. Seine Entdeckung bestätigte die theoretische Vorarbeit von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew, der die Existenz eines Elementes mit diesen Eigenschaften vorausgesagt hatte.
In der Folgezeit wurde Clemens Winkler mit zahlreichen Auszeichnungen bedacht. Im Jahre 1894 traf er sich erstmalig mit Mendeleev, mit dem er seit 1886 Briefkontakte pflegte. Von 1896 bis 1899 wirkte Winkler als Direktor der Bergakademie; Berufungen an andere Universitäten lehnte er ab. 1904 starb er 66-jährig an Krebs.
Wichtige Veröffentlichungen
Über die chemische Zusammensetzung des Condurrits, 1859
Anleitung zur chemischen Untersuchung der Industriegase, 1876/79
Über den Nachweis von Schlagwettern in Steinkohlengruben, 1878
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