The liquidus temperature curve that characterizes the boundary between the liquid methanol/water mixture and its coexistence with ice Ih is determined using the direct-coexistence method. Several methanol concentrations and pressures of 0.1, 50, and 100 MPa are considered. In this study, we used the TIP4P/Ice model for water and two different models for methanol: OPLS and OPLS/2016, using the geometric rule for the Lennard-Jones cross interactions. We compared our simulation results with available experimental data and found that this combination of models reproduces the liquidus curve for methanol mole fractions reasonably well, up to xm = 0.3 at p = 0.1 MPa. The freezing point depression of these mixtures is calculated and compared to experimental results. We also analyzed the effect of pressure on the liquidus curve and found that both models also reproduce the experimental decrease of the liquidus temperatures as the pressure increases qualitatively well.

1.
S. F.
Bosen
,
W. A.
Bowles
,
E. A.
Ford
, and
B. D.
Perlson
, “
Antifreezes
,” in
Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry
(
American Cancer Society
,
2000
).
2.
R. D.
Hudgens
,
R. D.
Hercamp
,
J.
Francis
,
D. A.
Nyman
, and
Y.
Bartoli
, in
Powertrain & Fluid Systems Conference and Exhibition
(
SAE International
,
2007
).
3.
G. L.
Fletcher
,
C. L.
Hew
, and
P. L.
Davies
,
Annu. Rev. Physiol.
63
,
359
(
2001
).
5.
M. G.
Kivelson
,
K. K.
Khurana
,
F. V.
Coroniti
,
S.
Joy
,
C. T.
Russell
,
R. J.
Walker
,
J.
Warnecke
,
L.
Bennett
, and
C.
Polanskey
,
Geophys. Res. Lett.
24
,
2155
, (
1997
).
6.
K. K.
Khurana
,
M. G.
Kivelson
,
D. J.
Stevenson
,
G.
Schubert
,
C. T.
Russell
,
R. J.
Walker
, and
C.
Polanskey
,
Nature
395
,
777
(
1998
).
7.
M. G.
Kivelson
,
K. K.
Khurana
,
D. J.
Stevenson
,
L.
Bennett
,
S.
Joy
,
C. T.
Russell
,
R. J.
Walker
,
C.
Zimmer
, and
C.
Polanskey
,
J. Geophys. Res.: Space Phys.
104
,
4609
, (
1999
).
8.
M. G.
Kivelson
,
K. K.
Khurana
,
C. T.
Russell
,
M.
Volwerk
,
R. J.
Walker
, and
C.
Zimmer
,
Science
289
,
1340
(
2000
).
9.
C.
Béghin
,
P.
Canu
,
E.
Karkoschka
,
C.
Sotin
,
C.
Bertucci
,
W. S.
Kurth
,
J. J.
Berthelier
,
R.
Grard
,
M.
Hamelin
,
K.
Schwingenschuh
, and
F.
Simões
,
Planet. Space Sci.
57
,
1872
(
2009
).
10.
F.
Deschamps
,
O.
Mousis
,
C.
Sanchez-Valle
, and
J. I.
Lunine
,
Astrophys. J.
724
,
887
(
2010
).
11.
G.
McLaurin
,
K.
Shin
,
S.
Alavi
, and
J. A.
Ripmeester
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
53
,
10429
(
2014
).
12.
J.
Amtawong
,
J.
Guo
,
J. S.
Hale
,
S.
Sengupta
,
E. B.
Fleischer
,
R. W.
Martin
, and
K. C.
Janda
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
2346
(
2016
).
13.
E. S.
Gaffney
and
D. L.
Matson
,
Icarus
44
,
511
(
1980
).
14.
R. J.
Hemley
,
L. C.
Chen
, and
H. K.
Mao
,
Nature
338
,
638
(
1989
).
15.
S. M.
Sharma
and
S. K.
Sikka
,
Prog. Mater. Sci.
40
,
1
(
1996
).
16.
S.
Klotz
,
J. M.
Besson
,
G.
Hamel
,
R. J.
Nelmes
,
J. S.
Loveday
, and
W. G.
Marshall
,
Nature
398
,
681
(
1999
).
17.
I.
Kohl
,
E.
Mayer
, and
A.
Hallbrucker
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
3
,
602
(
2001
).
18.
G. C.
León
,
S.
Rodríguez Romo
, and
V.
Tchijov
,
J. Phys. Chem. Solids
63
,
843
(
2002
).
19.
V.
Tchijov
,
R. B.
Ayala
,
G. C.
León
, and
O.
Nagornov
,
J. Phys. Chem. Solids
65
,
1277
(
2004
).
20.
V.
Tchijov
,
G.
Cruz-León
,
S.
Rodríguez-Romo
, and
R.
Feistel
,
J. Phys. Chem. Solids
69
,
1704
(
2008
).
21.
P. V.
Hobbs
,
Ice Physics, Oxford Classic Texts in the Physical Sciences
(
OUP Oxford
,
2010
).
22.
A. D.
Fortes
,
I. G.
Wood
,
M. G.
Tucker
, and
W. G.
Marshall
,
J. Appl. Crystallogr.
45
,
523
(
2012
).
23.
Y.
Wang
,
H.
Zhang
,
X.
Yang
,
S.
Jiang
, and
A. F.
Goncharov
,
J. Chem. Phys.
148
,
044508
(
2018
).
24.
D. R.
Allan
,
S. J.
Clark
,
M. J. P.
Brugmans
,
G. J.
Ackland
, and
W. L.
Vos
,
Phys. Rev. B
58
,
R11809
(
1998
).
25.
M. T.
Kirchner
,
D.
Das
, and
R.
Boese
,
Cryst. Growth Des.
8
,
763
(
2008
).
26.
M. V.
Kondrin
,
A. A.
Pronin
,
Y. B.
Lebed
, and
V. V.
Brazhkin
,
J. Chem. Phys.
139
,
084510
(
2013
).
27.
G.
Vuillard
and
M.
Sanchez
,
Bull. Soc. Chim. Fr.
10
,
1877
(
1961
).
28.
G. A.
Miller
and
D. K.
Carpenter
,
J. Chem. Eng. Data
9
,
371
(
1964
).
29.
A. V.
Wolf
,
Aqueous Solutions and Body Fluids
, edited by
D.
Hoeber Medical
(
Harper & Row
,
1966
).
30.
H.
Haghighi
,
A.
Chapoy
,
R.
Burgess
,
S.
Mazloum
, and
B.
Tohidi
,
Fluid Phase Equilib.
278
,
109
(
2009
).
31.
J.
Bevan Ott
,
J.
Rex Goates
, and
B. A.
Waite
,
J. Chem. Thermodyn.
11
,
739
(
1979
).
32.
K.
Takaizumi
and
T.
Wakabayashi
,
J. Solution Chem.
26
,
927
(
1997
).
33.
A. J.
Dougherty
,
Z. T.
Bartholet
,
R. J.
Chumsky
,
K. C.
Delano
,
X.
Huang
, and
D. K.
Morris
,
J. Geophys. Res.: Planets
123
,
3080
, (
2018
).
34.
I.
Pethes
,
L.
Pusztai
,
K.
Ohara
,
S.
Kohara
,
J.
Darpentigny
, and
L.
Temleitner
,
J. Mol. Liq.
314
,
113664
(
2020
).
35.
I. V.
Prikhod’ko
,
F.
Tumakaka
, and
G.
Sadowski
,
Russ. J. Appl. Chem.
80
,
542
(
2007
).
36.
H.
Tanaka
and
K. E.
Gubbins
,
J. Chem. Phys.
97
,
2626
(
1992
).
37.
E. J. W.
Wensink
,
A. C.
Hoffmann
,
P. J.
van Maaren
, and
D.
van der Spoel
,
J. Chem. Phys.
119
,
7308
(
2003
).
38.
E.
Galicia-Andrés
,
H.
Domínguez
,
L.
Pusztai
, and
O.
Pizio
,
Condens. Matter Phys.
18
,
43602
(
2015
).
39.
E.
Galicia-Andrés
,
H.
Domínguez
,
L.
Pusztai
, and
O.
Pizio
,
J. Mol. Liq.
212
,
70
(
2015
).
40.
D.
González-Salgado
,
K.
Zemánková
,
E. G.
Noya
, and
E.
Lomba
,
J. Chem. Phys.
144
,
184505
(
2016
).
41.
M. C.
Sanchez
,
H.
Domínguez
, and
O.
Pizio
,
Condens. Matter Phys.
22
,
13602
(
2019
).
42.
J. L. F.
Abascal
,
E.
Sanz
,
R.
García Fernández
, and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
122
,
234511
(
2005
).
43.
W. L.
Jorgensen
,
J. Phys. Chem.
90
,
1276
(
1986
).
44.
D.
González-Salgado
and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
145
,
034508
(
2016
).
45.
A. J. C.
Ladd
and
L. V.
Woodcock
,
Chem. Phys. Lett.
51
,
155
(
1977
).
46.
A. J. C.
Ladd
and
L. V.
Woodcock
,
Mol. Phys.
36
,
611
(
1978
).
47.
O. A.
Karim
,
P. A.
Kay
, and
A. D. J.
Haymet
,
J. Chem. Phys.
92
,
4634
(
1990
).
48.
J. B.
Sturgeon
and
B. B.
Laird
,
Phys. Rev. B
62
,
14720
(
2000
).
49.
T.
Bryk
and
A. D. J.
Haymet
,
J. Chem. Phys.
117
,
10258
(
2002
).
50.
H. M.
Manzanilla-Granados
,
H.
Saint-Martin
,
R.
Fuentes-Azcátl
, and
J.
Alejandre
,
J. Phys. Chem. B
119
,
8389
(
2015
).
51.
R.
García Fernández
,
J. L. F.
Abascal
, and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
124
,
144506
(
2006
).
52.
B. F.
Nicholson
,
P.
Clancy
, and
S. W.
Rick
,
J. Cryst. Growth
293
,
78
(
2006
).
53.
R.
Handel
,
R. L.
Davidchack
,
J.
Anwar
, and
A.
Brukhno
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
036104
(
2008
).
54.
M. M.
Conde
,
C.
Vega
, and
A.
Patrykiejew
,
J. Chem. Phys.
129
,
014702
(
2008
).
55.
M. S. G.
Razul
and
P. G.
Kusalik
,
J. Chem. Phys.
134
,
014710
(
2011
).
56.
M. M.
Conde
,
M.
Rovere
, and
P.
Gallo
,
J. Chem. Phys.
147
,
244506
(
2017
).
57.
S.
Blazquez
and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
156
,
216101
(
2022
).
58.
R. L.
Davidchack
and
B. B.
Laird
,
J. Chem. Phys.
108
,
9452
(
1998
).
59.
R.
Sibug-Aga
and
B. B.
Laird
,
J. Chem. Phys.
116
,
3410
(
2002
).
60.
E. G.
Noya
,
C.
Vega
, and
E.
de Miguel
,
J. Chem. Phys.
128
,
154507
(
2008
).
61.
T.
Zykova-Timan
,
J.
Horbach
, and
K.
Binder
,
J. Chem. Phys.
133
,
014705
(
2010
).
62.
J. R.
Espinosa
,
E.
Sanz
,
C.
Valeriani
, and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
139
,
144502
(
2013
).
63.
J. R.
Morris
and
X.
Song
,
J. Chem. Phys.
116
,
9352
(
2002
).
64.
J. R.
Espinosa
,
J. M.
Young
,
H.
Jiang
,
D.
Gupta
,
C.
Vega
,
E.
Sanz
,
P. G.
Debenedetti
, and
A. Z.
Panagiotopoulos
,
J. Chem. Phys.
145
,
154111
(
2016
).
65.
V.
Bianco
,
M. M.
Conde
,
C. P.
Lamas
,
E. G.
Noya
, and
E.
Sanz
,
J. Chem. Phys.
156
,
064505
(
2022
).
66.
J. S.
Kim
and
A.
Yethiraj
,
J. Chem. Phys.
129
,
124504
(
2008
).
67.
A. L.
Benavides
,
M. A.
Portillo
,
V. C.
Chamorro
,
J. R.
Espinosa
,
J. L. F.
Abascal
, and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
147
,
104501
(
2017
).
68.
M. M.
Conde
,
M.
Rovere
, and
P.
Gallo
,
J. Mol. Liq.
261
,
513
(
2018
).
69.
C. P.
Lamas
,
C.
Vega
, and
E. G.
Noya
,
J. Chem. Phys.
156
,
134503
(
2022
).
70.
V.
Bianco
,
J. R.
Espinosa
, and
C.
Vega
,
J. Chem. Phys.
153
,
091102
(
2020
).
71.
W.
Wagner
,
T.
Riethmann
,
R.
Feistel
, and
A. H.
Harvey
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
40
,
043103
(
2011
).
72.
P. W.
Bridgman
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
47
,
441
(
1912
).
73.
S. J.
Henderson
and
R. J.
Speedy
,
J. Phys. Chem.
91
,
3069
(
1987
).
74.
J. D.
Bernal
and
R. H.
Fowler
,
J. Chem. Phys.
1
,
515
(
1933
).
75.
V.
Buch
,
P.
Sandler
, and
J.
Sadlej
,
J. Phys. Chem. B
102
,
8641
(
1998
).
76.
H.
Nada
,
J. P.
van der Eerden
, and
Y.
Furukawa
, in
Proceedings of the Fourth International Workshop on Modeling in Crystal Growth
[
J. Cryst. Growth
266
,
297
(
2004
)].
77.
H.
Nada
and
Y.
Furukawa
,
J. Cryst. Growth
283
,
242
(
2005
).
78.
T.
Darden
,
D.
York
, and
L.
Pedersen
,
J. Chem. Phys.
98
,
10089
(
1993
).
79.
M.
Abraham
,
D.
van der Spoel
,
E.
Lindahl
,
B.
Hess
, and
G.
development team
, GROMACS User Manual Version 5.0.7,
2015
.
80.
B.
Hess
,
H.
Bekker
,
H. J. C.
Berendsen
, and
J. G. E. M.
Fraaije
,
J. Comput. Chem.
18
,
1463
(
1997
).
81.
A.
Arce
,
A.
Blanco
,
A.
Soto
, and
I.
Vidal
,
J. Chem. Eng. Data
38
,
336
(
1993
).
82.
L.
Benjamin
and
G. C.
Benson
,
J. Phys. Chem.
67
,
858
(
1963
).
83.
M.
Martínez-Jiménez
and
H.
Saint-Martin
,
J. Chem. Theory Comput.
14
,
2526
(
2018
).
84.
V.
Bianco
,
P. M.
de Hijes
,
C. P.
Lamas
,
E.
Sanz
, and
C.
Vega
,
Phys. Rev. Lett.
126
,
015704
(
2021
).
You do not currently have access to this content.