네 안녕하세요. 원자의 전자배치(electron configuration)에서 valence shell에는 4개의 electron이 있습니다. 물론 이 중 2개는 2s 오비탈에 짝지은 상태로 존재하고 2p오비탈에는 single electron으로 총 3개의 p 오비탈에 2개에만 하나의 전자가 채워져 있습니다.
CH4의 geometry는 tetrahedral로 이 구조는 어떤 방향에서 보아도 동일한 모양이므로 4개의 C-H 결합은 모두 동일한 에너지 상태라는 것을 의미합니다. C-H는 single bond를 형성하며 C가 H 4개와 4개의 결합을 형성할 때 C의 valence는 모두 에너지가 같은 상태의 single electron 4개가 되어야 합니다.
간단히 이렇게 생각하시면 되요 sigma 결합을 4개 형성하면 C의 모든 valence electron은 single electron으로 존재해야 하고 (왜냐하면 이미 짝지은 전자는 결합을 할 수 없기 때문입니다.) 이 전자들은 모두 에너지가 같은 네 개의 오비탈에 채워지는데 C는 valence shell에 2s 1개와 2p 3개를 가지고 있다 즉 총 4개의 오비탈이 있고 이들 4 개를 hybridization을 하여 다시 에너지가 같은 4개의 hybrid orbital을 형성한 후 각 hybrid orbital에 C의 valence electron 4개를 1개씩 넣으면 된다는 것입니다. hybrid orbital의 형성할 때 전자의 개수는 생각하지 마시고 hybrid orbital를 만든 후 각 오비탈에 전자를 배치하시면 됩니다.
2s 오비탈의 에너지는 2p 오비탈보다 에너지가 낮습니다. 이 오비탈들을 hybridization 시켜 다시 4개의 오비탈로 나누면 에너지는 2p보다는 높고 2p보다는 낮은 4개의 동일한 에너지의 hybrid orbital이 4개 생성됩니다.
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