TL;DR Torsional strain można myśleć jako odpychanie z powodu sił elektrostatice między elektronami w sąsiednich MOs. Tymczasem naprężenie steryczne (znane również jako naprężenie van der Waalsa) może być uważane za odpychanie, gdy dwie nieporęczne grupy, które nie są ze sobą bezpośrednio związane, stają się zbyt blisko siebie i dlatego nie ma dla nich wystarczająco dużo miejsca.
Tutaj jest bardziej szczegółowa wersja.
Odkształcenie skrętne
Rozważmy cząsteczkę etanu. Wiązanie C-C sigma może się swobodnie obracać i w zasadzie istnieje nieskończona liczba możliwych konformacji. Jednak tylko 2 są istotne, są to konformacje zataczające się i zaćmieniowe. Różne konformery są zwykle rysowane jako rzuty Newmana, ponieważ można je łatwo ze sobą porównać. Poniżej znajdują się projekcje Newmana dla konformera zaćmionego i zaćmionego:
Konformer zaćmiony jest najbardziej stabilnym konformerem, podczas gdy konformer zaćmiony jest najmniej stabilnym konformerem. Zataczający się konformer jest około $12~kJ~mol^{-1}}$ bardziej stabilny niż konformer zaćmiony. Ta różnica energii pomiędzy maksimami i minimami jest znana jako bariera skręcalności.
Więc czym jest naprężenie skrętne? Powodem tego, że konformer zaćmienia ma wyższą energię niż inne konformery jest destabilizujące odpychanie elektrostatyczne pomiędzy parami elektronowymi wiązań C-H sigma na dwóch węglach. Ponadto, istnieje również cecha stabilizująca, która jest większa w konformerze zataczającym się. W konformerze spiętrzonym występuje konstruktywne oddziaływanie orbitalne obejmujące wiążące i antywiążące MO sąsiadujących atomów H. Powoduje to hiperkoniugację, która stabilizuje związek.
Dwa efekty, które wymieniłem powyżej są tym, do czego odnoszą się naprężenia skrętne. Można więc myśleć o odkształceniu skrętnym jako o odkształceniu, które jest wynikiem działania sił elektrostatycznych.
Odkształcenie teryczne
Rozważmy teraz butan. Rotacja wiązania sigma $mathrm{C_2-C_3}$ również prowadzi do nieskończonej ilości możliwych konformerów. Istnieją jednak 4 główne konformery pokazane poniżej:
Istnieją 2 rodzaje konformerów zaćmionych, które są najmniej stabilne spośród konformerów. Najbardziej niestabilny z nich jest znany jako zaćmiona forma syn. Forma syn ma około $20~kJ~mol^{-1}}$ wyższą energię niż konformer rozłożony w czasie. Powód tego może być częściowo przypisany naprężeniom skręcającym, ponieważ występuje odpychanie pomiędzy elektronami na orbitalach wiązania sigma. Jednak również może to być w dużej mierze przypisane do odpychania dwóch stosunkowo nieporęcznych grup metylowych, jak stają się one zbyt blisko siebie i nie ma wystarczająco dużo miejsca dla nich.
To odpychanie jest znany jako steric strain. Dlatego naprężenie steryczne może być zdefiniowane jako odpychanie, które występuje, gdy grupy, które nie są bezpośrednio związane, zbliżają się do siebie zbyt blisko. To odpychanie istnieje tylko dla nieporęcznych podstawników, takich jak grupy metylowe lub etylowe. Tak więc w etanie nie ma przeszkód sterycznych, ponieważ atomy wodoru nie są tak nieporęczne.