TL;DR Torsionsbelastning kan opfattes som den frastødning, der skyldes elektrostatiske kræfter mellem elektroner i tilstødende MO’er. I mellemtiden kan sterisk spænding (også kendt som van der Waals-spænding) opfattes som den afstødning, der opstår, når to voluminøse grupper, der ikke er direkte bundet til hinanden, kommer for tæt på hinanden, og der derfor ikke er plads nok til dem.
Her er den mere detaljerede version.
Torsionsspænding
Lader os betragte et ethanmolekyle. C-C-sigma-bindingen kan rotere frit, og i princippet er der uendeligt mange mulige konformationer. Der er dog kun to af dem, der er af betydning, nemlig staggered- og eclipse-konformationer. Forskellige konformer er normalt tegnet som Newman-projektioner, da de let kan sammenlignes med hinanden. Nedenfor ses Newman-projektionerne for den formørkede og den forskudte konformer:
Den forskudte konformer er den mest stabile konformer, mens den formørkede konformer er den mindst stabile konformer. Den forskudte konformer er ca. $\mathrm{12~kJ~mol^{-1}}$ mere stabil end den eclipsede konformer. Energiforskellen mellem disse maksima og minima er kendt som torsionsbarrieren.
Så hvad er torsionsspændinger? Årsagen til, at eclipse-konformeren har højere energi end alle andre konformerer, skyldes den destabiliserende elektrostatiske frastødning mellem elektronparrene i C-H-sigmabindingerne på de to kulbrinter. Desuden findes der også en stabiliserende egenskab, som er større i den forskudte konformer. I den forskudte konformer er der en konstruktiv orbitalinteraktion, der involverer de tilstødende H-atomers bindings- og anti-bindings-MO’er. Dette resulterer i en hyperkonjugering, som stabiliserer forbindelsen.
De to virkninger, som jeg har nævnt ovenfor, er det, som torsionsspændinger henviser til. Så man kan tænke på torsionsspænding som den spænding, der er resultatet af elektrostatiske kræfter.
Sterisk belastning
Nu kan vi overveje butan. Rotation af $\mathrm{C_2-C_3}$ sigma-bindingen fører også til uendeligt mange mulige konformere. Der er dog 4 hovedkonformerer vist nedenfor:
Her er der 2 typer af eclipsed-konformerer, som er de mindst stabile af konformererne. Den mest ustabile er kendt som den eclipsed synform. Den syn form er ca. $\mathrm{20~kJ~mol^{-1}}$ højere i energi end den forskudte konformer. Årsagen hertil kan til dels tilskrives torsionsspændinger, da der er afstødning mellem elektronerne i de sigma-bindende orbitaler. Men det kan også i høj grad tilskrives afstødningen af de to relativt voluminøse methylgrupper, da de kommer for tæt på hinanden, og der ikke er plads nok til dem.
Denne afstødning er kendt som sterisk belastning. Derfor kan sterisk belastning defineres som den frastødning, der opstår, når ikke-bundne grupper, som ikke er direkte bundet, nærmer sig hinanden for tæt. Denne afstødning findes kun for voluminøse substituenter som f.eks. methyl- eller ethylgrupper. Så i ethan er der ingen sterisk hindring, da hydrogenatomerne ikke er så voluminøse.