TL;DR Torsionele rek kan worden gezien als de afstoting als gevolg van elektrostatische krachten tussen elektronen in aangrenzende MOs. Sterische vervorming (ook bekend als van der Waals vervorming) kan worden gezien als de afstoting wanneer twee volumineuze groepen die niet direct aan elkaar gebonden zijn, te dicht bij elkaar komen en er dus niet genoeg ruimte voor ze is.
Hier volgt de meer gedetailleerde versie.
Torsionale vervorming
Beschouw een ethaanmolecuul. De C-C sigma binding kan vrij roteren en in principe zijn er een oneindig aantal conformaties mogelijk. Er zijn er echter maar 2 significant, namelijk de verspringende en de eclipsconformatie. Verschillende conformiteiten worden meestal getekend als Newman projecties, omdat ze dan gemakkelijk met elkaar vergeleken kunnen worden. Hieronder staan de Newman projecties voor de versprongen en verspringende conformer:
De versprongen conformer is de meest stabiele conformer terwijl de verduisterde conformer de minst stabiele conformer is. De verspringende conformer is ongeveer $12~kJ~mol^{-1}}$ stabieler dan de verduisterde conformer. Dit energieverschil tussen deze maxima en minima staat bekend als de torsiebarrière.
Dus wat is torsie-spanning? De reden waarom de eclipsconforme conformer een hogere energie heeft dan alle andere conformers, is te wijten aan de destabiliserende elektrostatische afstoting tussen de elektronenparen van de C-H sigma-bindingen op de twee koolstofnoten. Verder bestaat er ook een stabiliserende eigenschap die groter is in de verspringende conformer. In de verspringende conformer is er een constructieve orbitale interactie tussen de bindende en anti-bindende MO’s van de aangrenzende H-atomen. Dit resulteert in hyperconjugatie die de verbinding stabiliseert.
De twee effecten die ik hierboven heb genoemd, is waar torsievervorming naar verwijst. U kunt torsievervorming dus beschouwen als de vervorming die het gevolg is van elektrostatische krachten.
Sterische vervorming
Neem butaan in ogenschouw. Rotatie van de sigma binding $C_2-C_3}$ leidt ook tot oneindig veel mogelijke conformiteiten. Er zijn echter 4 hoofdconforme vormen, zoals hieronder te zien is:
Er zijn 2 types van verduisterde conforme vormen, die de minst stabiele van de conforme vormen zijn. De meest onstabiele staat bekend als de verduisterde syn-vorm. De syn-vorm is ongeveer $20~kJ~mol^{{-1}}$ hoger in energie dan de gestapelde conformer. De reden hiervoor kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan torsie omdat er een afstoting is tussen de elektronen in de sigma bindingsbanen. Maar het kan ook grotendeels worden toegeschreven aan de afstoting van de twee relatief volumineuze methylgroepen, omdat die te dicht bij elkaar komen en er niet genoeg ruimte voor ze is.
Deze afstoting staat bekend als sterische vervorming. Daarom kan sterische vervorming worden gedefinieerd als de afstoting die optreedt wanneer niet-gebonden groepen die niet direct gebonden zijn, elkaar te dicht naderen. Deze afstoting bestaat alleen voor volumineuze substituenten, zoals methyl- of ethylgroepen. In ethaan is er dus geen sterische hinder omdat de waterstofatomen niet zo volumineus zijn.