Eden od načinov priprave žveplove kisline je hidriranje molekule žveplovega trioksida (SO3) z molekulo vode (H2O). Reakcija je SO3 + H2O → H2SO4. Jasno je, da je žveplova kislina tesno povezana z vodo; poleg tega je popolnoma topen v vodi. Kombinacija koncentrirane žveplove kisline z vodo je potencialno nevarna, saj je reakcija lahko burna. To je zato, ker obe snovi medsebojno delujeta – ne samo prek enega ali dveh mehanizmov – ampak prek številnih mehanizmov, od katerih vsak postopoma prispeva k skupnemu sproščanju energije.
Čista žveplova kislina ni le polarna; dejansko se lahko ionizira s prenosom protonov, procesom, znanim kot “avtoprotoliza”. Ta reakcija ionizacije je zapisana 2 H2SO4 → [H3SO4]+[HSO4]-. Ta pojav žveplovi kislini in vodi olajša tvorbo vodikovih vezi. Pri tem energija v obliki toplote vstopi v okoliški sistem.
Kjerkoli so za to na voljo atomi vodika, dušika, kisika in fluora, se lahko tvorijo šibke vezi, imenovane “vodikove vezi”. V primeru žveplove kisline lahko en ali dva vodikova iona zapustita kislino, da se poveže z bližnjimi molekulami vode. Takšni pozitivno nabiti “hidronijevi” ioni (H3O+) se zlahka tvorijo, ker kisikovi atomi vodnih molekul ponujajo z elektroni bogata okolja, kamor se pritegnejo vodikovi ioni. Geometrija hidronijevega iona je bolj simetrična kot molekula vode. To omogoča enakomerno porazdelitev naboja, kar prispeva k sproščanju energije v sistem, ko se združita žveplova kislina in voda.
Še eno sproščanje energije, ki mu pomaga simetrija, je tvorba dvojno nabitega sulfatnega aniona (SO4-2). Dva prosta elektrona se lahko nastanita na katerem koli od štirih atomov kisika. Tako kot naboji se odbijajo in tako sproščajo energijo v sistem, če lahko pobegnejo v zunanja področja iona; jasno je, da to dejanje sprošča energijo, medtem ko obratno – združevanje podobnih nabojev – jemlje energijo. Visoke dielektrične konstante žveplove kisline in vode omogočajo visoko stopnjo zaščite naboja, ko sta združeni. K temu dodajte nadaljnjo stabilizacijo, ki jo omogočajo dodatne plasti vode, ki obkrožajo najbolj notranjo plast, vezano na vodik.
Zaradi zgoraj navedenih razlogov je treba pri kombiniranju koncentrirane žveplove kisline in vode paziti. Vodi, ki jo mešamo, je treba kislino dodajati postopoma, ne pa obratno. To preprečuje prekomerno sproščanje toplote, ki vodi do nenadnega vretja z močnim izlivom kisline na kožo ali v oči. Kombinacija žveplove kisline in vode se uporablja pri proizvodnji gnojil, proizvodnji jekla, beljenju Kraft celuloze in v avtomobilskih akumulatorjih.