La théorie de la répulsion des paires d’électrons de la coque de valence (VSEPR) est utilisée pour prédire les angles de liaison et les positions spatiales des atomes de carbone et d’hydrogène de l’éthène et pour déterminer l’ordre de liaison des atomes de carbone (le nombre de liaisons formées entre eux). Chaque atome de carbone est de la disposition générale AX3, où A est l’atome central entouré de trois autres atomes (désignés par X) ; les composés de cette forme adoptent une géométrie plane trigonale, formant des angles de liaison de 120 degrés. Pour que les orbitales p non hybridées puissent se chevaucher, les CH2 doivent être coplanaires : par conséquent, C2H4 est une molécule plane et chaque angle de liaison est d’environ 120 degrés. Le diagramme ci-dessous montre les longueurs de liaison et les angles de liaison hydrogène-carbone de l’éthène :

Selon la théorie de la liaison de valence, deux atomes forment une liaison covalente par le chevauchement d’orbitales atomiques de valence individuelles à moitié remplies, chacune contenant un électron non apparié. Dans l’éthène, chaque atome d’hydrogène a un électron non apparié et chaque carbone est hybridé sp2 avec un électron dans chaque orbitale sp2. Le quatrième électron est dans l’orbitale p qui formera la liaison pi. L’ordre de liaison de l’éthène est simplement le nombre de liaisons entre chaque atome : la liaison carbone-carbone a un ordre de liaison de deux, et chaque liaison carbone-hydrogène a un ordre de liaison d’un.

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