甲烷分子是正四面体结构的原因可以归结为以下几点：
价电子和杂化轨道
甲烷中的碳原子有4个价电子，需要与4个氢原子形成共价键。
碳原子采用sp3杂化轨道，使得4个杂化轨道相互之间尽量远离，形成正四面体结构。
键角和稳定性
正四面体结构使得分子中的键角接近109.5度，从而保持分子稳定，降低能量。
实验观察和理论解释
实验观察到甲烷的一氯取代物（CH2Cl2）只有一种，说明甲烷中的四个氢是完全等价的。
理论上，甲烷的碳原子通过sp3杂化后与四个氢原子形成的化学键是等同的，因此只能是正四面体结构。
结构和性质
甲烷的分子结构决定了其性质，如正四面体结构使得甲烷的一卤取代物只有一种。
综上所述，甲烷分子中的碳原子通过sp3杂化轨道与四个氢原子形成四个等同的共价键，构成了正四面体结构，使得分子稳定且能量最低