Анализ на конформациите на етана

Това е засенчената конформация на етана и ако я обърна така, че да виждаме отпред връзката въглерод-въглерод, можем да видим Нюмъновата проекция на засенчената конформация. Обърни внимание на зелените водородни атоми, това е просто начин да визуализираме ротацията около връзката въглерод-въглерод. Сега ще завъртя предния въглероден атом, а ще запазя задния неподвижен. Сега имаме скосена конформация на етана. Ще завъртя още веднъж на 60 градуса. Ще завъртя отново и получаваме засенчена конформация. Завъртам отново и имаме засенчена конформация на етана. Завъртам отново на 60 градуса и получаваме засенчена конформация. Завъртам отново и получавам засенчена конформация, предполагам, че разбра идеята. Още едно завъртане и се връщаме обратно в засенчена конформация. Тук имаме графика на потенциалните енергии на конформациите, които току-що видяхме във видеото. Започнахме ето тук, с тази засенчена конформация на етана, за която имаме тази конкретна потенциална енергия. Когато завъртаме, за да получим скосената конформация, виждаш, че потенциалната енергия намалява. Значи скосената конформация има по-ниска потенциална енергия от засенчената конформация. Завъртаме отново и се връщаме тук в тази засенчената конформация. Забележи, че е нужна енергия. Нужна е енергия, за да стигнем от скосената конформация до тази засенчена конформация. Преминаването от засенчена в скосена конформация е свъразно с намаляване на енергията. Преминаването от скосена към засенчена конформация е свързано с увеличаване на енергията. Връщането от засенчена до скосена конформация отново води до намаляване и накрая връщането в първоначалната засенчена конформация означава увеличаване на енергията. Обърни внимание, че всички засенчени конформации тук имат еднаква потенциална енергия. Ако начертая една права, това е е еднаква потенциална енергия. Опа, не направих много добра права линия, но схващаш идеята. Следователно всички тези са дегенеративни форми от гледна точка на енергията. Същото се отнася и за скосената конформация. Всички тези скосени конформации, ако спусна тук една права, те имат еднаква потенциална енергия. Така че скосените конформации имат по-ниска енергия от засенчените конформации. Разликата е 12 килоджаула за мол. Ще го запиша тук, 12 килоджаула за мол, това е разликата между енергията на скосените и засенчените конформации. По-ниска енергия означава по-добра стабилност. Лесен начин да си го обясним, е да си представим, че това тук са хълмове, ако тук има скала или канара, или нещо друго, тук долу в основата на хълма, и ако аз сравнявам тази скала тук с една скала на върха на хълма. Във физиката можем да означим потенциалната енергия да е равна на нула при основата. Нека да кажем, че това е кота нула. И да кажем, че потенциалната енергия U е равна на нула джаула в тази точка. Скалата в тази долина тук, нека да кажем, че тя има 10 джаула. Нека тук да са 10 джаула в тази точка. Необходима е енергия, за да избутаме тази скала нагоре по този хълм. Нека това да е крайната потенциална енергия на скалата в тази точка, която тук е 22 джаула. За да направим това ни е необходима енергия. Тази крайна позиция е по-малко стабилна, и това е по-висока потенциална енергия. Колкото по-висока е енергията, толкова по-малка е стабилността. Колкото по-ниска е потенциалната енергия, толкова е по-стабилно. Защо имаме различна енергия при скосените и засенчените конформации? Това се нарича торзионно напрежение. Значи тази разлика в енергията, тези 12 килоджаула на мол, представляват торзионното напрежение. Причината за това торзионно напрежение е била обект на дискусии. Една от съвременните теории я свърза с молекулната орбитална теория. Но аз ще представя една от по-старите, която разглежда отблъскването на електронните двойки. Отблъскването на електронните двойки е най-голямо, когато връзките за засенчени. Ако разгледаш тези електрони в тази връзка, те са близо до електроните в тази връзка, и тук наблюдаваме същото нещо, както и тук, така че в пространството, тези електронни двойки, тези електронни двойки от връзките са по-близо помежду си в засенчената конформация, отколкото при скосената конформация. Ако дойда тук долу при скосената, ако разглеждаш тези електронни двойки, те са сравнително по-далеч едни от други, отколкото в засенчената конформация. Ние знаем, че електроните се отблъскват взаимно. Отблъскването на електронните двойки е по-голямо, когато връзките са засенчени, и следователно тук имаме по-висока енергия, а електронните двойки са по-отдалечени помежду си, когато разгледаме скосената конформация, и следователно тя е по-стабилна. Общата разлика в енергията между тези две конформации е 12 килоджаула на мол. Имаме три двойки засенчени водородни атоми. Ако се върна тук горе, тук имаме една двойка засенчени водороди, това е друга двойка, и това е трета двойка. Ако общата енергия е 12 килоджаула на мол, и ако аз имам три двойки засенчени водороди, можем да кажем, че енергийната стойност за всяка двойка засенчени водороди е четири килоджаула за мол. Значи това е четири килоджаула за мол за тази двойка засенчени водородни атоми, четири килоджаула за мол за тази и четири килоджаула за мол за тази, което общо прави 12. Значи общата ни енергийна стойност е 12 и сега можем да разглеждаме два водорода, които които се засенчват взаимно, че имат енергиен "разход" от четири килоджаула за мол. Току що видяхме, че скосената конформация на етана е по-стабилна от засенчената му конформация. Ако искаш да преминеш от скосена конформация в засенчена конформация, тогава ти е необходима енергия. При стайна температура има достатъчно енергия скосената конформация да премине в засенчена. Между двете конформации се постига равновесие, като при стайна температура приблизително 99% от молекулите на етана се намират в скосена конформация, докато само около 1% са в засенчена конформация. Повтарям, че това се дължи на стабилността. Скосената конформация е по-стабилна от засенчената.