Die Verbindung zwischen Ethanol und Schwefelsäure umfasst mindestens drei mögliche Reaktionswege. Sie sind Veresterung – mit entweder einem oder zwei Molekülen Ethanol oder Alkohol – und Dehydratation, die wiederum entweder ein oder zwei Alkoholmoleküle umfasst. Wenn bei der Dehydratisierung jeweils nur ein Molekül Ethanol und Schwefelsäure beteiligt ist, handelt es sich um ein Gas, das von Natur aus wichtig und in Labor und Industrie nützlich ist. Wenn zwei Alkoholmoleküle durch Dehydration vereint werden, entsteht eine Flüssigkeit von historischer medizinischer Bedeutung. Beide Veresterungsprodukte sind von begrenztem Nutzen.
Schwefelsäure ist nicht nur eine sehr starke Säure, sondern auch ein außergewöhnliches Entwässerungsmittel. Es ist eine so starke Säure, dass es sich selbst ohne Wasser ionisieren kann, während es als Entwässerungsmittel Wasserstoff- und Sauerstoffatome aus Molekülen „reissen“ kann, um seinen „Durst“ zu stillen. Diese letztere Eigenschaft wird durch das einfache High-School-Experiment demonstriert, bei dem einige Körner Haushaltszucker, C12H22O11, mit einigen Tropfen konzentrierter Schwefelsäure in einem Reagenzglas oder Becher kombiniert werden. In Sekunden werden die Reaktanten pechschwarz und sieden heftig. Die schwarze Farbe ist auf die jetzt elementaren 12 Kohlenstoffatome jedes Zuckermoleküls zurückzuführen, während die 22 Wasserstoff- und 11 Sauerstoffatome, die abgestreift wurden, in 11 Wassermoleküle umgewandelt wurden.
Ethanol, auch Ethylalkohol oder Getreidealkohol genannt, ist Wasser sehr ähnlich. Seine Struktur ist CH3CH2OH. Im Grunde ist Ethanol einfach Wasser, wobei eines seiner Wasserstoffatome durch einen kohlenstoffbasierten Griff, das relativ inerte CH3CH2-, ersetzt wurde. Eine andere Art, Ethanol zu betrachten, ist eine sehr schwache Base, die – zumindest oberflächlich – Natriumhydroxid, NaOH, ähnelt. Obwohl Ethanol normalerweise eine zu schwache Base zum Ionisieren ist, sollte es unter bestimmten Bedingungen in der Lage sein, salzartige Strukturen zu erzeugen.
Natriumhydroxid kann mit Schwefelsäure eines von zwei Salzen herstellen, von denen eines Natriumhydrogensulfat (NaHSO4) ist, das aus einem Basen- und einem Säuremolekül gewonnen wird. Obwohl es ein Salz ist, ist es auch eine Säure, da es noch ein Wasserstoffatom in seiner Struktur behält. Wird dieses Säuresalz mit einem zweiten Molekül NaOH umgesetzt, entsteht ein neutrales Salz – Natriumsulfat (Na2SO4). Entsprechend entsteht bei einer milden und kontrollierten Kombination von Ethanol und Schwefelsäure über den Reaktionsweg CH3CH2OH+H2SO4→CH3CH2OSO3H Ethylhydrogensulfat, während dieser aus der Kombination von Ethanol und Schwefelsäure entstandene Säureester mit einem anderen Molekül weiter umgesetzt wird von Ethanol ergibt sich Diethylsulfat – einfacher Ethylsulfat genannt. Interessanterweise verwenden Forensiker Ethylsulfat, um Alkohol in Blut und Urin zu erkennen, obwohl es von begrenztem Nutzen ist, Tage nachdem es konsumiert wurde.
Unter strengeren Bedingungen wird die Veresterung durch Dehydratisierung ersetzt. Die Dehydratisierung einzelner Moleküle folgt der Gleichung CH3CH2OH→CH2=CH2+HOH. Das gasförmige Produkt ist Ethylen, ein Pflanzenhormon, das mit der Reifung von Früchten und anderen Prozessen verbunden ist. Wenn statt eines zwei Moleküle Ethanol dehydratisiert werden, ist die Reaktion 2 CH3CH2OH→CH3CH2OCH2CH3+HOH. Diese Reaktion führt zu einem historisch bedeutsamen Endprodukt: dem Anästhetikum Ethylether.
Der Zusammenhang zwischen Ethanol und Schwefelsäure ist somit mindestens vierfach. Die Ergebnisse ihrer Kombination umfassen zwei Veresterungsprodukte und zwei Dehydratisierungsprodukte, abhängig von den Bedingungen, unter denen die Reaktion durchgeführt wird. Neben schonenden Reaktionsbedingungen hängt das Veresterungsprodukt davon ab, wie viel von jedem Reaktanten zu jedem Zeitpunkt während der Reaktion vorhanden ist. Die Dehydratisierung hängt auch von der relativen Population von Ethanol und Schwefelsäure zu allen Zeiten während der Reaktion ab.