Molecular dynamics simulations are used to study the stability of structure H (sH) methane clathrate hydrates in a 3×3×3 sH unit cell replica. Simulations are performed at experimental conditions of 300K and 2GPa for three methane intermolecular potentials. The five small cages of the sH unit cell are assigned methane guest occupancies of one and large cage guest occupancies of one to five are considered. Radial distribution functions, unit cell volumes, and configurational energies are studied as a function of large cage CH4 occupancy. Free energy calculations are carried out to determine the stability of clathrates for large cage occupancies. Large cage occupancy of five is the most stable configuration for a Lennard-Jones united-atom potential and the Tse-Klein-McDonald potential parametrized for condensed methane phases and two for the most stable configuation for the Murad and Gubbins potential.

1.
E. D.
Sloan
,
Nature (London)
426
,
353
(
2003
).
2.
(a)
A. K.
Sum
,
R. C.
Burruss
, and
E. D.
Sloan
,
J. Phys. Chem. B
101
,
7371
(
1997
);
(b)
T.
Uchida
,
T.
Hirano
,
T.
Ebinuma
,
H.
Narita
,
K.
Gohara
,
S.
Mae
, and
R.
Matsumoto
,
AIChE J.
45
,
2641
(
1999
);
(c)
C. A.
Tulk
,
J. A.
Ripmeester
, and
D. D.
Klug
,
Ann. N.Y. Acad. Sci.
912
,
859
(
2000
);
(d)
H.
Shimizu
,
T.
Kumazaki
,
T.
Kume
, and
S.
Sasaki
,
J. Phys. Chem. B
106
,
30
(
2002
);
(e)
H.
Shimizu
,
Can. J. Phys.
81
,
127
(
2003
).
3.
H.
Lee
,
Y.
Seo
,
Y.-T.
Seo
,
I. L.
Moudrakovski
, and
J. A.
Ripmeester
,
Angew. Chem., Int. Ed.
42
,
5048
(
2003
).
4.
J. S.
Loveday
,
R. J.
Nelmes
,
D. D.
Klug
,
J. S.
Tse
, and
S.
Desgreniers
,
Can. J. Phys.
81
,
539
(
2003
).
5.
T.
Kumazaki
,
Y.
Kito
,
S.
Sasaki
,
T.
Kume
, and
H.
Shimizu
,
Chem. Phys. Lett.
388
,
18
(
2004
).
6.
K. A.
Udachin
,
C. I.
Ratcliffe
,
G. D.
Enright
, and
J. A.
Rimpmeester
,
Supramol. Chem.
8
,
2732
(
1997
).
7.
D. W.
Davidson
,
S. R.
Gough
,
Y. P.
Handa
,
C. I.
Ratcliffe
,
J. A.
Ripmeester
, and
J. S.
Tse
,
J. Phys. (Paris)
48
,
C1
537
(
1987
);
J. A.
Ripmeester
,
J. S.
Tse
,
C. I.
Ratcliffe
, and
B. M.
Powell
,
Nature (London)
325
,
135
(
1987
).
8.
R. M.
Pratt
,
D.-H.
Mei
,
T.-M.
Guo
, and
E. D.
Sloan
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
106
,
4187
(
1997
).
9.
T.
Ikeda
,
S.
Mae
,
O.
Yamamuro
,
T.
Matsuo
,
S.
Ikeda
, and
R. M.
Ibberson
,
J. Phys. Chem. A
104
,
10623
(
2000
).
10.
A. G.
Ogienko
,
A. V.
Kurnosov
,
A. Y.
Manakov
,
E. G.
Larionov
,
A. I.
Ancharov
,
M. A.
Sheromov
, and
A. N.
Nesterov
,
J. Phys. Chem. B
110
,
2840
(
2006
).
11.
S.
Sasaki
,
S.
Hori
,
T.
Kume
, and
H.
Shimizu
,
J. Chem. Phys.
118
,
7892
(
2003
).
12.
(a)
S.
Alavi
,
J. A.
Ripmeester
, and
D. D.
Klug
,
J. Chem. Phys.
123
,
024507
(
2005
);
(b)
S.
Alavi
,
J. A.
Ripmeester
, and
D. D.
Klug
,
J. Chem. Phys.
124
,
014704
(
2006
);
(c)
S.
Alavi
,
J. A.
Ripmeester
, and
D. D.
Klug
,
J. Chem. Phys.
124
,
204707
(
2006
);
[PubMed]
(d)
S.
Alavi
,
J. A.
Ripmeester
, and
D. D.
Klug
,
J. Chem. Phys.
125
,
104501
(
2006
);
[PubMed]
(e)
S.
Alavi
and
T. K.
Woo
,
J. Chem. Phys.
126
,
044703
(
2007
).
[PubMed]
13.
E. P.
van Klaveren
,
J. P. J.
Michels
,
J. A.
Schouten
,
D. D.
Klug
, and
J. S.
Tse
,
J. Chem. Phys.
114
,
5745
(
2001
);
E. P.
van Klaveren
,
J. P. J.
Michels
,
J. A.
Schouten
,
D. D.
Klug
, and
J. S.
Tse
,
J. Chem. Phys.
115
,
10500
(
2001
);
E. P.
van Klaveren
,
J. P. J.
Michels
,
J. A.
Schouten
,
D. D.
Klug
, and
J. S.
Tse
,
J. Chem. Phys.
117
,
6636
(
2002
).
14.
S.
Nosé
,
J. Chem. Phys.
81
,
511
(
1984
);
W. G.
Hoover
,
Phys. Rev. A
31
,
1695
(
1985
).
15.
S.
Melchionna
,
G.
Ciccotti
, and
B. L.
Holian
,
Mol. Phys.
78
,
533
(
1993
).
16.
DLPOLY 2.14, edited by
T. R.
Forester
and
W.
Smith
, CCLRC, Daresbury Laboratory,
1995
.
17.
D.
Frenkel
and
B.
Smit
,
Understanding Molecular Simulation
(
Academic
,
San Diego
,
2000
).
18.
M. P.
Allen
and
D. J.
Tildesley
,
Computer Simulation of Liquids
(
Oxford Science
,
Oxford
,
1987
).
19.
J. D.
Bernal
and
R. H.
Fowler
,
J. Chem. Phys.
1
,
515
(
1933
).
20.
H. J. C.
Berendsen
,
J. R.
Grigera
, and
T. P.
Straatsma
,
J. Phys. Chem.
91
,
6269
(
1987
).
21.
W. L.
Jorgensen
,
J. D.
Madura
, and
C. J.
Swenson
,
J. Am. Chem. Soc.
106
,
6638
(
1984
).
22.
O. Kr.
Førrisdahl
,
B.
Kvamme
, and
A. D. J.
Haymet
,
Mol. Phys.
89
,
819
(
1996
).
23.
M. T.
Storr
and
P. M.
Rodger
,
Ann. N.Y. Acad. Sci.
912
,
669
(
2000
).
24.
J.
Vatamanu
and
P. G.
Kusalik
,
J. Phys. Chem. B
110
,
15896
(
2006
).
25.
R.
Righini
,
K.
Maki
, and
M. L.
Klein
,
Chem. Phys. Lett.
80
,
301
(
1981
).
26.
D. J.
Margoliash
,
T. R.
Procter
,
G. D.
Zeiss
, and
W. J.
Meath
,
Mol. Phys.
35
,
747
(
1978
).
28.
J. S.
Tse
,
M. L.
Klein
, and
I. R.
McDonald
,
J. Phys. Chem.
87
,
4198
(
1984
);
J. S.
Tse
,
M. L.
Klein
, and
I. R.
McDonald
,
J. Chem. Phys.
81
,
6146
(
1984
).
29.
N. J.
English
,
J. K.
Johnson
, and
C. E.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
123
,
244503
(
2005
).
30.
S.
Murad
and
K. E.
Gubbins
, in
Computer Modeling of Matter
, edited by
P.
Lykos
(
American Chemical Society
,
Washington, DC
,
1978
), pp.
62
.
31.
J. M.
Phillips
and
M. D.
Hammerbacher
,
Phys. Rev. B
29
,
5859
(
1984
).
32.
D. E.
Williams
,
J. Chem. Phys.
47
,
4680
(
1967
).
33.
E. M.
Yezdimer
,
P. T.
Cummings
, and
A. A.
Chialvo
,
J. Phys. Chem. A
106
,
7982
(
2002
).
34.
A. A.
Chialvo
,
M.
Houssa
, and
P. T.
Cummings
,
J. Phys. Chem. B
106
,
442
(
2002
).
35.
J. G.
Kirkwood
,
J. Chem. Phys.
3
,
300
(
1935
).
36.
T. C.
Beutler
,
A. E.
Mark
,
R. C.
van Schaik
,
P. R.
Gerber
, and
W. F.
van Gunsteren
,
Chem. Phys. Lett.
222
,
529
(
1994
).
37.
D. A.
McQuarrie
,
Statistical Mechanics
(
Harper & Row
,
New York
,
1976
).
38.
J. S.
Loveday
,
R. J.
Nelmes
,
M.
Guthrie
,
S. A.
Belmonte
,
D. R.
Allen
,
D. D.
Klug
,
J. S.
Tse
, and
Y. P.
Handa
,
Nature (London)
410
,
661
(
2001
).
39.
I.-M.
Chou
,
A.
Sharma
,
R. C.
Burruss
,
J.
Shu
,
H.-K.
Mao
,
R. J.
Hemley
,
A. F.
Goncharov
,
L. A.
Stern
, and
S. H.
Kirby
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
97
,
13484
(
2001
).
40.
S.
Subramanian
and
E. D.
Sloan
, Jr.
,
J. Phys. Chem. B
106
,
4348
(
2002
).
41.
G. C.
Pimentel
and
S. W.
Charles
,
Pure Appl. Chem.
7
,
111
(
1963
).
You do not currently have access to this content.