En metod för att framställa svavelsyra är genom att hydratisera en molekyl svaveltrioxid (SO3) med en molekyl vatten (H2O). Reaktionen är SO3 + H2O → H2SO4. Det är klart att svavelsyra har en nära koppling till vatten; dessutom är det helt lösligt i vatten. Att kombinera koncentrerad svavelsyra med vatten är potentiellt farligt eftersom reaktionen kan vara våldsam. Detta beror på att de två ämnena interagerar – inte genom bara en eller två mekanismer – utan genom en mängd mekanismer, som var och en ökar stegvis till den totala energifrisättningen.
Ren svavelsyra är inte bara polär; den kan faktiskt jonisera sig själv genom protonöverföring, en process som kallas ”auto-protolys”. Denna joniseringsreaktion skrivs 2 H2SO4 → [H3SO4]+[HS4]-. Detta fenomen gör det lättare för svavelsyra och vatten att bilda vätebindningar. Därmed kommer energi i form av värme in i det omgivande systemet.
Varhelst det finns väte-, kväve-, syre- och fluoratomer tillgängliga för att göra det, kan svaga bindningar som kallas ”vätebindningar” bildas. När det gäller svavelsyra kan en eller två vätejoner lämna syran för att bli associerad med närliggande vattenmolekyler. Sådana positivt laddade ”hydronium”-joner (H3O+) bildas lätt eftersom syreatomerna i vattenmolekyler erbjuder elektronrika miljöer dit vätejoner dras. Geometrin hos en hydroniumjon är mer symmetrisk än en vattenmolekyl. Detta möjliggör enhetlig laddningsfördelning, vilket bidrar till att frigöra energi i systemet när svavelsyra och vatten kombineras.
Ytterligare en energifrisättning med hjälp av symmetri är bildningen av den dubbelladdade sulfatanjonen (SO4-2). De två fria elektronerna kan bosätta sig på vilken som helst av de fyra syreatomerna. Liknande laddningar stöter bort varandra och frigör därmed energi till systemet om de kan fly till jonens yttre områden; det är tydligt att denna åtgärd frigör energi eftersom det omvända – att föra samman liknande laddningar – tar energi. De höga dielektriska konstanterna för svavelsyra och vatten möjliggör en hög grad av laddningsskärmning när de kombineras. Lägg till detta ytterligare stabilisering som möjliggörs av ytterligare skikt av vatten som omger det innersta vätebundna skiktet.
Av ovanstående skäl måste försiktighet iakttas när man kombinerar koncentrerad svavelsyra och vatten. Syran bör tillsättas gradvis till vattnet som rörs om, snarare än tvärtom. Detta förhindrar överdriven värmeavgivning, vilket leder till plötslig kokning med våldsamt utstötande av syra antingen på huden eller i ögonen. Kombinationen av svavelsyra och vatten används vid tillverkning av konstgödsel, tillverkning av stål, blekning av kraftmassa och i bilbatterier.